JP2020523011A - Single-cell whole-genome library for methylation sequencing - Google Patents
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Abstract
本明細書では、複数の単一細胞由来の核酸のメチル化状態を決定するための配列決定ライブラリーの調製方法が提供される。本方法は、多数の単一細胞のメチル化プロファイルを迅速に、正確に、且つ安価で特徴付けるために、スプリットアンドプール組み合わせインデックス付加と亜硫酸水素処理技法とを組み合わせる。Provided herein are methods of preparing a sequencing library for determining the methylation status of nucleic acids from multiple single cells. The method combines split-and-pool combinatorial indexing with bisulfite treatment techniques to rapidly, accurately, and inexpensively characterize a large number of single-cell methylation profiles.
Description
関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2017年6月7日に出願された米国仮出願第62/516,324号の利益を主張する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit of US Provisional Application No. 62/516,324, filed June 7, 2017, which is hereby incorporated by reference.
本開示の実施形態は、核酸の配列決定に関する。特に、本明細書に提供される方法及び組成物の実施形態は、単一細胞亜硫酸水素配列決定ライブラリーを生成することと、それから配列データを得ることに関する。 Embodiments of the disclosure relate to nucleic acid sequencing. In particular, embodiments of the methods and compositions provided herein relate to generating a single cell bisulfite sequencing library and obtaining sequence data therefrom.
高細胞数単一細胞配列決定は、トランスクリプトーム、クロマチン接近性、及び変異の相違を介する複雑な組織内の集団の分離におけるその有効性を示した。さらに、単一細胞分割は、DNAのメチル化のようなゲノム特異的パターンで細胞分化軌跡を評価することを可能にした。DNAメチル化はシトシンへの共有結合的付加であり、組織発現における活性修飾の対象である細胞型特異性を有する標識である。DNAメチル化は、亜硫酸水素ナトリウム処理の脱アミノ化ケミストリーを用いて塩基対分割でプローブすることができる。 High cell number single cell sequencing has demonstrated its effectiveness in segregating populations within complex tissues via transcriptome, chromatin accessibility, and mutation differences. Furthermore, single cell division allowed us to assess cell differentiation trajectories in a genome-specific pattern such as DNA methylation. DNA methylation is a covalent addition to cytosine and is a cell-type specific target for activity modification in tissue expression. DNA methylation can be probed by base pair resolution using deamination chemistry of sodium bisulfite treatment.
最近の研究は、単一細胞縮小表現亜硫酸水素配列決定(scRRBS)又は単一細胞全ゲノム亜硫酸水素配列決定(scWGBS)のいずれかにおいて単一細胞入力を必要とする限り、亜硫酸水素配列決定を最適化した。しかしながら、これらの方法は、単一細胞反応が分離して実行される並列及び分離ライブラリー生成を介した単一細胞デコンボリューションに依存して、拡張性に欠ける。全く新しい試薬の組が、各細胞配列決定のために必要とされ、その結果、追加の各細胞のためのコストが線形に拡大縮小される。DNAの亜硫酸水素変換の課題のために、液滴又はチップベースのマイクロ流体システムは、単一細胞亜硫酸水素配列決定のために展開されておらず、また、代替的なプラットフォームを使用する理論的に実行可能ないかなる戦略も存在しない。 Recent studies have optimized bisulfite sequencing as long as single cell input is required, either in single cell reduced expression bisulfite sequencing (scRRBS) or single cell whole genome bisulfite sequencing (scWGBS). Turned into However, these methods lack scalability, relying on single cell deconvolution through parallel and separate library generation, where single cell reactions are performed separately. A whole new set of reagents is required for each cell sequencing, resulting in a linear scaling of the cost for each additional cell. Due to the challenge of bisulfite conversion of DNA, droplet- or chip-based microfluidic systems have not been developed for single-cell bisulfite sequencing, and theoretically using alternative platforms. There is no viable strategy.
本明細書では、組成物と、拡張可能な高細胞数単一細胞メチロームプロファイリングアッセイが提供される。単一細胞全ゲノム配列決定(scWGBS)は、細胞が大量に処理され、単一細胞出力がインシリコで逆多重化され得るように、本明細書に提供される単一細胞組み合わせインデックス付加戦略によって改善される。いくつかの実施形態において、本明細書に提供される方法は、トランスポザーゼに基づくアダプターの組み込みを利用し、これは、方法を出るよりも、増加した有効性及びはるかに高いアラインメント速度を生じる。2つの配列決定アダプターのうちの1つを付加するためのトランスポザーゼの使用は、より少ない雑音読み取りではるかに効率的なライブラリー構築を可能にし、従って、単一細胞単一ウェル方法を使用する10〜30%と比較した場合、約60%のアラインメント速度(大量細胞戦略と同様の速度)を生じる。これは、より有用な配列読み取りと、アッセイの配列決定部の劇的な費用削減とをもたらす。単一細胞亜硫酸水素配列決定ライブラリーを作製するための単一細胞組み合わせインデックス付加戦略の使用は、最小の衝突速度を有するヒト及びマウス細胞の混合物上で実証される。また、3つのヒト細胞型の混合の成功したデコンボリューションが実証され、公的に利用可能なデータを使用して細胞型割当てを達成する。 Provided herein are compositions and expandable high cell number single cell methylome profiling assays. Single Cell Whole Genome Sequencing (scWGBS) is improved by the single cell combinatorial indexing strategy provided herein such that cells can be processed in bulk and single cell outputs can be demultiplexed in silico. To be done. In some embodiments, the methods provided herein utilize the incorporation of transposase-based adapters, which results in increased efficacy and much higher alignment rates than exiting the method. The use of transposase to add one of the two sequencing adapters allows for much more efficient library construction with less noise reading, thus using the single cell single well method 10. Alignment rates of approximately 60% (similar to the bulk cell strategy) are produced when compared to -30%. This results in more useful sequence reads and a dramatic cost savings for the sequencing portion of the assay. The use of a single cell combinatorial indexing strategy to generate a single cell bisulfite sequencing library is demonstrated on a mixture of human and mouse cells with minimal collision rates. Also, successful deconvolution of a mixture of three human cell types has been demonstrated to achieve cell type assignment using publicly available data.
定義
本明細書で使用される場合、用語「生物」、「対象」は互換的に使用され、動物及び植物を指す。動物の例は、ヒトなどの哺乳動物である。
Definitions As used herein, the terms "organism", "subject" are used interchangeably and refer to animals and plants. Examples of animals are mammals such as humans.
本明細書で使用される場合、用語「細胞型」は、形態、表現型、発生起源、又は他の既知の、若しくは認識可能な区別可能な細胞特徴に基づいて細胞を同定することを意図する。単一の生物(又は同じ種の生物)から、種々の異なる細胞型を得ることができる。例示的な細胞型としては、膀胱、膵臓上皮、膵臓α、膵臓β、膵臓内皮、骨髄リンパ芽球、骨髄Bリンパ芽腫、骨髄マクロファージ、骨髄赤芽球、骨髄樹状、骨髄脂肪細胞、骨髄骨細胞、骨髄軟骨細胞、前骨髄球(promyeloblast)、骨髄巨核芽球、膀胱、脳Bリンパ球、脳膠細胞、ニューロン、脳星状細胞、神経外胚葉、脳マクロファージ、脳小膠細胞、脳上皮、皮質ニューロン、脳線維芽細胞、乳房上皮、結腸上皮、結腸Bリンパ球、乳房上皮、乳房筋上皮、乳房線維芽細胞、結腸腸細胞、子宮頸部上皮、卵巣上皮、卵巣線維芽細胞、乳管上皮、舌上皮、扁桃腺樹状、扁桃腺Bリンパ球、末梢血リンパ芽球、末梢血Tリンパ芽球、末梢血皮膚Tリンパ球、末梢血ナチュラルキラー、末梢血Bリンパ芽球、末梢血単球、末梢血骨髄芽球、末梢血単芽球、末梢血前骨髄球、末梢血マクロファージ、末梢血好塩基球、肝臓内皮、肝臓肥満、肝臓上皮、肝臓Bリンパ球、脾臓内皮、脾臓上皮、脾臓Bリンパ球、肝細胞、肝臓アレキサンダー、肝臓線維芽細胞、肺上皮、気管支上皮、肺線維芽細胞、肺Bリンパ球、肺シュワン、肺扁平上皮、肺マクロファージ、肺骨芽細胞、神経内分泌、肺胞、胃上皮、及び胃線維芽細胞が挙げられるが、これらに限定されない。 As used herein, the term "cell type" is intended to identify a cell based on morphology, phenotype, developmental origin, or other known or discernible distinctive cellular characteristic. .. A variety of different cell types can be obtained from a single organism (or organism of the same species). Exemplary cell types include bladder, pancreatic epithelium, pancreatic α, pancreatic β, pancreatic endothelium, bone marrow lymphoblasts, bone marrow B lymphoblastoma, bone marrow macrophages, bone marrow erythroblasts, bone marrow dendritic cells, bone marrow adipocytes, bone marrow. Bone cells, bone marrow chondrocytes, promyeloblast, myelomegaloblasts, bladder, brain B lymphocytes, glial cells, neurons, brain astrocytes, neuroectodermal, brain macrophages, brain microglia, brain Epithelium, cortical neuron, brain fibroblast, breast epithelium, colon epithelium, colon B lymphocyte, breast epithelium, breast myoepithelium, breast fibroblast, colon enterocyte, cervical epithelium, ovarian epithelium, ovarian fibroblast, Ductal epithelium, tongue epithelium, tonsil dendritic, tonsil B lymphocyte, peripheral blood lymphoblast, peripheral blood T lymphoblast, peripheral blood cutaneous T lymphocyte, peripheral blood natural killer, peripheral blood B lymphoblast, Peripheral blood monocytes, peripheral blood myeloblasts, peripheral blood monoblasts, peripheral blood promyelocytes, peripheral blood macrophages, peripheral blood basophils, liver endothelium, liver obesity, liver epithelium, liver B lymphocytes, spleen endothelium, Splenic epithelium, splenic B lymphocyte, hepatocyte, liver alexander, liver fibroblast, lung epithelium, bronchial epithelium, lung fibroblast, lung B lymphocyte, lung Schwann, lung squamous epithelium, lung macrophage, lung osteoblast, Neuroendocrine, alveoli, gastric epithelium, and gastric fibroblasts include, but are not limited to.
本明細書で使用される場合、用語「組織」は、生物において1つ以上の特異的機能を実行するために一緒に作用する細胞の収集又は凝集を意味することが意図される。細胞は、場合により、形態学的に類似していてもよい。例示的な組織としては、眼、筋肉、皮膚、腱、静脈、動脈、血、心臓、脾臓、リンパ節、骨、骨髄、肺、気管支、気管、腸、小腸、大腸、結腸、直腸、唾液腺、舌、胆嚢、虫垂、肝臓、膵臓、脳、胃、皮膚、腎臓、尿管、膀胱、尿道、性腺、精巣、卵巣、子宮、卵管、胸腺、下垂体、甲状腺、副腎、又は副甲状腺が挙げられるが、これらに限定されない。組織は、ヒト又は他の生物の種々の器官のいずれかに由来し得る。組織は、健康な組織又は不健康な組織であり得る。不健康な組織の例としては、異常なメチル化を伴う種々の悪性腫瘍、例えば、肺、乳房、結腸直腸、前立腺、鼻咽頭、胃、精巣、皮膚、神経系、骨、卵巣、肝臓、血液組織、膵臓、子宮、腎臓、リンパ組織などにおける悪性腫瘍が挙げられるが、これらに限定されない。悪性腫瘍は、種々の組織学的サブタイプ、例えば、癌腫、腺癌、肉腫、線維腺癌、神経内分泌、又は未分化であり得る。 As used herein, the term "tissue" is intended to mean the collection or aggregation of cells that work together to carry out one or more specific functions in an organism. The cells may optionally be morphologically similar. Exemplary tissues include eyes, muscles, skin, tendons, veins, arteries, blood, heart, spleen, lymph nodes, bone, bone marrow, lungs, bronchi, trachea, intestine, small intestine, large intestine, colon, rectum, salivary gland, Tongue, gallbladder, appendix, liver, pancreas, brain, stomach, skin, kidney, ureter, bladder, urethra, gonad, testis, ovary, uterus, fallopian tube, thymus, pituitary gland, thyroid, adrenal gland, or parathyroid gland However, the present invention is not limited to these. The tissue can be from any of various organs of humans or other organisms. The tissue can be healthy tissue or unhealthy tissue. Examples of unhealthy tissues include various malignancies with abnormal methylation, such as lung, breast, colorectal, prostate, nasopharyngeal, stomach, testis, skin, nervous system, bone, ovary, liver, blood tissue. , But not limited to malignant tumors in the pancreas, uterus, kidneys, lymphoid tissues and the like. Malignant tumors can be of various histological subtypes, eg, carcinoma, adenocarcinoma, sarcoma, fibroadenocarcinoma, neuroendocrine, or undifferentiated.
本明細書で使用される場合、用語「区画」は、何かを他のものから分離又は隔離する範囲又は容積を意味することを意図する。例示的な区画は、バイアル、チューブ、ウェル、液滴、ボーラス、ビーズ、容器、表面特徴、又は流体流、磁力、電流などの物理的な力によって分離された範囲又は容積を含むが、これらに限定されない。一実施形態では、区画は96ウェルプレート又は384ウェルプレートなどのマルチウェルプレートのウェルである。 As used herein, the term "compartment" is intended to mean a range or volume that separates or isolates something from another. Exemplary compartments include, but are not limited to, vials, tubes, wells, droplets, boluses, beads, containers, surface features, or ranges or volumes separated by physical forces such as fluid flow, magnetic forces, electric currents. Not limited. In one embodiment, the compartments are the wells of a multi-well plate such as a 96-well plate or a 384-well plate.
本明細書で使用される場合、「トランスポソーム複合体」は、組み込み酵素及び組み込み認識部位を含む核酸を指す。「トランスポソーム複合体」は、転位反応を触媒し得るトランスポザーゼ及びトランスポザーゼ認識部位によって形成される機能的複合体である(例えば、Gunderson et al.、国際公開第2016/130704号パンフレット参照されたい)。組み込み酵素の例としては、インテグラーゼ又はトランスポザーゼなどが挙げられるが、これらに限定されない。組み込み認識部位の例としては、トランスポザーゼ認識部位が挙げられるが、これに限定されない。 As used herein, "transposome complex" refers to a nucleic acid that contains an integrative enzyme and an integrative recognition site. A "transposome complex" is a functional complex formed by a transposase and a transposase recognition site capable of catalyzing a rearrangement reaction (see, for example, Gunderson et al., WO 2016/130704). Examples of incorporated enzymes include, but are not limited to, integrase or transposase and the like. Examples of integrated recognition sites include, but are not limited to, transposase recognition sites.
本明細書で使用される場合、用語「核酸」は、当技術分野におけるその使用と一致することが意図され、天然に存在する核酸又はその機能的類似体を含む。特に有用な機能的類似体は、配列特異的な様式で核酸にハイブリダイズすることができ、又は特定のヌクレオチド配列の複製のための鋳型として使用することができる。天然に存在する核酸は、一般に、ホスホジエステル結合を含有する骨格を有する。類似体構造は、当技術分野で既知の種々の任意のものを含む、代替の骨格結合を有し得る。天然に存在する核酸は、一般に、デオキシリボース糖(例えば、デオキシリボ核酸(DNA)中に見出される)又はリボース糖(例えば、リボ核酸(RNA)中に見出される)を有する。核酸は、当技術分野で既知のこれらの糖部分の様々な類似体のいずれかを含むことができる。核酸は、天然又は非天然塩基を含むことができる。この点に関して、天然デオキシリボ核酸は、アデニン、チミン、シトシン又はグアニンからなる群から選択される1つ以上の塩基を有することができ、リボ核酸は、ウラシル、アデニン、シトシン又はグアニンからなる群から選択される1つ以上の塩基を有することができる。核酸に含まれ得る有用な非天然塩基は、当技術分野で既知である。非天然塩基の例としては、ロックト核酸(LNA)及び架橋核酸(BNA)が挙げられる。LNA及びBNA塩基は、DNAオリゴヌクレオチドに組み込まれ、オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーション強度及び特異性を増大させることができる。LNA及びBNA塩基と、そのような塩基の使用は、当業者に公知であり、日常的である。 As used herein, the term "nucleic acid" is intended to be consistent with its use in the art and includes naturally occurring nucleic acids or functional analogs thereof. Particularly useful functional analogs can hybridize to nucleic acids in a sequence specific manner, or can be used as templates for the replication of specific nucleotide sequences. Naturally occurring nucleic acids generally have a backbone that contains phosphodiester bonds. The analog structure can have alternative backbone bonds, including any of a variety known in the art. Naturally occurring nucleic acids generally have a deoxyribose sugar (eg, found in deoxyribonucleic acid (DNA)) or a ribose sugar (eg, found in ribonucleic acid (RNA)). The nucleic acid can include any of the various analogs of these sugar moieties known in the art. Nucleic acids can include natural or unnatural bases. In this regard, the natural deoxyribonucleic acid can have one or more bases selected from the group consisting of adenine, thymine, cytosine or guanine, the ribonucleic acid being selected from the group consisting of uracil, adenine, cytosine or guanine. It may have one or more bases as described. Useful non-natural bases that can be included in nucleic acids are known in the art. Examples of non-natural bases include locked nucleic acids (LNA) and bridging nucleic acids (BNA). LNA and BNA bases can be incorporated into DNA oligonucleotides to increase oligonucleotide hybridization strength and specificity. LNA and BNA bases and the use of such bases are known and routine to those of skill in the art.
本明細書で使用される場合、用語「標的」は、核酸を参照して使用される場合、本明細書に示される方法又は組成物の文脈における核酸の意味識別名として意図され、さもなければ明示的に示されるものを超えて核酸の構成又は機能を必ずしも限定しない。標的核酸は、本質的に、既知又は未知の配列の任意の核酸であり得る。それは、例えば、ゲノムDNA又はcDNAの断片であり得る。配列決定は、標的分子の全体又は一部の配列の決定をもたらし得る。標的は、核のような一次核酸サンプルに由来し得る。一実施形態において、標的は、各標的断片の末端に汎用配列を置くことによって、増幅に好適な鋳型に処理され得る。標的はまた、一次RNAサンプルから、cDNAへの逆転写によって得ることができる。 As used herein, the term "target", when used with reference to a nucleic acid, is intended as the semantic identifier of the nucleic acid in the context of the methods or compositions presented herein, or otherwise. It does not necessarily limit the composition or function of the nucleic acid beyond what is explicitly indicated. The target nucleic acid can be essentially any nucleic acid of known or unknown sequence. It can be, for example, a fragment of genomic DNA or cDNA. Sequencing can result in the determination of the sequence of all or part of a target molecule. The target can be derived from a primary nucleic acid sample such as a nucleus. In one embodiment, the target can be processed into a template suitable for amplification by placing a universal sequence at the end of each target fragment. Targets can also be obtained from the primary RNA sample by reverse transcription into cDNA.
本明細書で使用される場合、用語「汎用」は、ヌクレオチド配列を説明するために使用される場合、分子が互いに異なる配列の領域も有する、2つ以上の核酸分子に共通する配列の領域を指す。分子のコレクションの異なるメンバーに存在する汎用配列は、汎用配列の一部、例えば、汎用捕捉配列に相補的である汎用捕捉核酸、例えば捕捉オリゴヌクレオチドの集団を使用して、複数の異なる核酸の捕捉を可能にすることができる。汎用捕捉配列の非限定的な例には、P5及びP7プライマーと同一又は相補的な配列が含まれる。同様に、分子のコレクションの異なるメンバーに存在する汎用配列は、汎用配列の一部、例えば、汎用アンカー配列に相補的である汎用プライマーの集団を使用して、複数の異なる核酸の複製又は増幅を可能にし得る。従って、捕捉オリゴヌクレオチド又は汎用プライマーは、汎用配列に特異的にハイブリダイズし得る配列を含む。 As used herein, the term "generic", when used to describe a nucleotide sequence, refers to a region of sequence common to two or more nucleic acid molecules, which molecule also has regions of sequence that differ from each other. Point to. A universal sequence that is present in different members of a collection of molecules can be used to capture a plurality of different nucleic acids using a population of universal capture nucleic acids, e. Can be enabled. Non-limiting examples of universal capture sequences include sequences that are the same or complementary to the P5 and P7 primers. Similarly, a universal sequence that is present in a different member of a collection of molecules uses a portion of the universal sequence, for example, a population of universal primers that are complementary to a universal anchor sequence, to replicate or amplify multiple different nucleic acids. May enable. Thus, the capture oligonucleotide or universal primer comprises a sequence that can specifically hybridize to the universal sequence.
用語「P5」及び「P7」は、増幅プライマー、例えば捕捉オリゴヌクレオチドを指す場合に使用され得る。用語「P5’」(P5’プライマー)及び「P7’」(P7’プライマー)は、各々P5及びP7の相補体を指す。任意の適切な増幅プライマーが本明細書に提示される方法において使用され得ること、及びP5及びP7の使用は、例示的な実施形態のみであることが理解されるであろう。フローセル上でのP5及びP7のような増幅プライマーの使用は、国際公開第2007/010251号パンフレット、国際公開第2006/064199号パンフレット、国際公開第2005/065814号パンフレット、国際公開第2015/106941号パンフレット、国際公開第1998/044151号パンフレット、及び国際公開第2000/018957号パンフレットの開示によって例示されるように、当技術分野で既知である。例えば、任意の適切なフォワード増幅プライマーは、固定化されているか溶液中であるかにかかわらず、相補的配列へのハイブリダイゼーション及び配列の増幅のために本明細書に提示される方法において有用であり得る。同様に、任意の適切な逆増幅プライマーは、固定化されているか溶液中であるかにかかわらず、相補的配列へのハイブリダイゼーション及び配列の増幅のために本明細書に提示される方法において有用であり得る。当業者は、本明細書に提示されるような核酸の捕捉及び/又は増幅に適切なプライマー配列を設計及び使用する方法を理解するであろう。 The terms "P5" and "P7" may be used when referring to amplification primers, such as capture oligonucleotides. The terms "P5'" (P5' primer) and "P7'" (P7' primer) refer to the complements of P5 and P7, respectively. It will be appreciated that any suitable amplification primer can be used in the methods presented herein, and the use of P5 and P7 is an exemplary embodiment only. The use of amplification primers such as P5 and P7 on flow cells is described in WO2007/010251, WO2006/064199, WO2005/065814, WO2015/106941. It is known in the art, as exemplified by the disclosures of the pamphlet, WO 1998/044151 and WO 2000/018957. For example, any suitable forward amplification primer, whether immobilized or in solution, is useful in the methods presented herein for hybridization to complementary sequences and amplification of sequences. possible. Similarly, any suitable reverse amplification primer, whether immobilized or in solution, is useful in the methods provided herein for hybridization to complementary sequences and amplification of sequences. Can be Those skilled in the art will understand how to design and use suitable primer sequences for the capture and/or amplification of nucleic acids as presented herein.
本明細書で使用される場合、用語「プライマー」及びその派生語は、一般に、目的の標的配列にハイブリダイズし得る任意の核酸を指す。典型的には、プライマーは、ヌクレオチドがポリメラーゼによって重合され得る基質として機能するが、いくつかの実施形態では、プライマーは、合成された核酸鎖に組み込まれ、別のプライマーがハイブリダイズして合成核酸分子に相補的である新しい鎖をプライム合成し得る部位を提供し得る。プライマーは、ヌクレオチド又はその類似体の任意の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、プライマーは、一本鎖オリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチドである。用語「ポリヌクレオチド」及び「オリゴヌクレオチド」は、本明細書では、任意の長さのヌクレオチドのポリマー形態を指すために互換的に使用され、リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、それらの類似体、又はそれらの混合物を含み得る。この用語は、等価物として、ヌクレオチド類似体から作製されたDNA又はRNAのいずれかの類似体を含み、一本鎖(例えば、センス又はアンチセンス)及び二本鎖ポリヌクレオチドに適用可能であると理解されるべきである。本明細書で使用される用語はまた、例えば逆転写酵素の作用によってRNA鋳型から産生される相補的又はコピーDNAであるcDNAを包含する。この用語は、分子の一次構造のみを指す。従って、この用語は、三本鎖、二本鎖及び一本鎖デオキシリボ核酸(「DNA」)、並びに三本鎖、二本鎖及び一本鎖リボ核酸(「RNA」)を含む。 As used herein, the term "primer" and its derivatives generally refer to any nucleic acid capable of hybridizing to a target sequence of interest. Typically, the primer functions as a substrate whose nucleotides can be polymerized by a polymerase, but in some embodiments, the primer is incorporated into a synthesized nucleic acid strand and another primer hybridizes to the synthetic nucleic acid. It may provide a site for prime synthesis of a new strand that is complementary to the molecule. Primers can include any combination of nucleotides or analogs thereof. In some embodiments, the primer is a single stranded oligonucleotide or polynucleotide. The terms "polynucleotide" and "oligonucleotide" are used interchangeably herein to refer to polymeric forms of nucleotides of any length, including ribonucleotides, deoxyribonucleotides, their analogs, or their It may include a mixture. The term includes, as equivalents, either DNA or RNA analogs made from nucleotide analogs and is applicable to single-stranded (eg, sense or antisense) and double-stranded polynucleotides. Should be understood. The term as used herein also includes cDNA, which is complementary or copy DNA produced from an RNA template, for example by the action of reverse transcriptase. This term refers only to the primary structure of the molecule. Thus, the term includes triple-stranded, double-stranded and single-stranded deoxyribonucleic acid (“DNA”), as well as triple-stranded, double-stranded and single-stranded ribonucleic acid (“RNA”).
本明細書で使用される場合、用語「アダプター」及びその派生語(例えば、汎用アダプター)は、一般に、本開示の核酸分子に連結され得る任意の直鎖オリゴヌクレオチドを指す。いくつかの実施形態では、アダプターは、サンプル中に存在する任意の標的配列の3’末端又は5’末端に実質的に相補的ではない。いくつかの実施形態では、適切なアダプター長は、約10〜100ヌクレオチド、約12〜60ヌクレオチド及び約15〜50ヌクレオチド長の範囲である。一般に、アダプターは、ヌクレオチド及び/又は核酸の任意の組み合わせを含み得る。いくつかの態様では、アダプターは、1つ以上の位置に1つ以上の切断可能な基を含むことができる。別の態様では、アダプターは、プライマー、例えば汎用プライマーの少なくとも一部と実質的に同一又は実質的に相補的な配列を含むことができる。いくつかの実施形態では、アダプターは、下流の誤り訂正、識別、又は順序付けを支援するために、バーコード又はタグを含むことができる。「アダプター(adaptor)」及び「アダプター(adapter)」という用語は、互換的に使用される。 As used herein, the term "adapter" and its derivatives (eg, universal adapter) generally refers to any linear oligonucleotide that can be linked to the nucleic acid molecules of the present disclosure. In some embodiments, the adapter is not substantially complementary to the 3'or 5'ends of any target sequence present in the sample. In some embodiments, suitable adapter lengths range from about 10-100 nucleotides, about 12-60 nucleotides and about 15-50 nucleotides in length. In general, the adapter can include any combination of nucleotides and/or nucleic acids. In some aspects, the adapter can include one or more cleavable groups at one or more positions. In another aspect, the adapter can include a sequence that is substantially identical or substantially complementary to at least a portion of a primer, eg, a universal primer. In some embodiments, the adapter can include a barcode or tag to aid downstream error correction, identification, or ordering. The terms "adaptor" and "adapter" are used interchangeably.
本明細書で使用される場合、用語「各」は、項目の集合体に関連して使用される場合、集合体内の個々の項目を識別することを意図するが、文脈が別段に明確に指示しない限り、必ずしも集合体内の全ての項目を指すわけではない。 As used herein, the term "each", when used in reference to a collection of items, is intended to identify individual items within the collection, but the context clearly indicates otherwise. Unless it does, it does not necessarily refer to every item in the collection.
本明細書で使用される場合、用語「輸送」は、流体を通る分子の移動を指す。この用語は、その濃度勾配に沿った分子の移動(例えば、受動拡散)のような受動輸送を含み得る。この用語はまた、分子がそれらの濃度勾配に沿って、又はそれらの濃度勾配に逆らって移動することができる能動輸送を含むことができる。従って、輸送は、1つ以上の分子を所望の方向に、又は増幅部位などの所望の位置に移動させるためにエネルギーを印加することを含むことができる。 As used herein, the term "transport" refers to the movement of molecules through a fluid. The term may include passive transport, such as migration of molecules along their concentration gradient (eg, passive diffusion). The term can also include active transport, where molecules can move along or against their concentration gradient. Thus, transport can include applying energy to move one or more molecules in a desired direction or to a desired location, such as an amplification site.
本明細書で使用される場合、「増幅する」、「増幅」又は「増幅反応」及びそれらの派生語は、一般に、核酸分子の少なくとも一部が、少なくとも1つの追加の核酸分子に複製又はコピーされる、任意の作用又はプロセスを指す。追加の核酸分子は、場合により、鋳型核酸分子の少なくともいくつかの部分と実質的に同一又は実質的に相補的である配列を含む。鋳型核酸分子は、一本鎖又は二本鎖であり得、追加の核酸分子は、独立して、一本鎖又は二本鎖であり得る。増幅は、場合により、核酸分子の線形又は指数関数的複製を含む。いくつかの実施形態では、そのような増幅は、等温条件を使用して行うことができ、別の実施形態では、そのような増幅は、熱サイクルを含むことができる。いくつかの実施形態では、増幅は、単一の増幅反応における複数の標的配列の同時増幅を含む多重増幅である。いくつかの実施形態では、「増幅」は、DNA及びRNAベースの核酸の少なくともいくつかの部分の単独又は組み合わせでの増幅を含む。増幅反応は、当業者に既知の増幅プロセスのいずれかを含むことができる。いくつかの実施形態では、増幅反応は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を含む。 As used herein, "amplify", "amplification" or "amplification reaction" and their derivatives generally mean that at least a portion of a nucleic acid molecule is replicated or copied into at least one additional nucleic acid molecule. Refers to any action or process. The additional nucleic acid molecule optionally comprises a sequence that is substantially identical or substantially complementary to at least some portion of the template nucleic acid molecule. Template nucleic acid molecules can be single-stranded or double-stranded, and additional nucleic acid molecules can be single-stranded or double-stranded independently. Amplification optionally involves linear or exponential replication of the nucleic acid molecule. In some embodiments, such amplification can be performed using isothermal conditions, and in other embodiments, such amplification can include thermocycling. In some embodiments, the amplification is a multiplex amplification that involves the simultaneous amplification of multiple target sequences in a single amplification reaction. In some embodiments, "amplifying" comprises amplifying at least some portions of DNA and RNA based nucleic acids, alone or in combination. The amplification reaction can include any of the amplification processes known to those of skill in the art. In some embodiments, the amplification reaction comprises the polymerase chain reaction (PCR).
本明細書で使用される場合、「増幅条件」及びその派生語は、一般に、1つ以上の核酸配列を増幅するために適切な条件を指す。このような増幅は、線形又は指数関数的であり得る。いくつかの実施形態では、増幅条件は等温条件を含むことができ、或いは、熱サイクル条件、又は等温条件と熱サイクル条件の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、1つ以上の核酸配列を増幅するために適切な条件は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)条件を含む。典型的には、増幅条件は、1つ以上の標的配列のような核酸を増幅するのに、又は1つ以上のアダプター、例えばアダプター連結増幅標的配列に連結された増幅標的配列を増幅するのに十分な反応混合物を指す。一般に、増幅条件は、増幅又は核酸合成のための触媒、例えば、ポリメラーゼ;増幅される核酸に対してある程度の相補性を有するプライマー;及び核酸にハイブリダイズした後にプライマーの伸長を促進するためのヌクレオチド、例えばデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)を含む。増幅条件は、核酸へのプライマーのハイブリダイゼーション又はアニーリング、プライマーの伸長、及び伸長されたプライマーが増幅を受ける核酸配列から分離される変性工程を必要とし得る。典型的には、増幅条件は熱サイクルを含むことができるが、必ずしもその必要はなく、いくつかの実施形態では、増幅条件はアニーリング、伸長、及び分離の工程が繰り返される複数のサイクルを含む。典型的には、増幅状態は、Mg2+又はMn2+などのカチオンを含み、イオン強度の様々な調整剤を含むこともできる。 As used herein, "amplification conditions" and derivatives thereof generally refer to conditions suitable for amplifying one or more nucleic acid sequences. Such amplification can be linear or exponential. In some embodiments, amplification conditions can include isothermal conditions, or can include thermocycling conditions, or a combination of isothermal and thermocycling conditions. In some embodiments, suitable conditions for amplifying one or more nucleic acid sequences include polymerase chain reaction (PCR) conditions. Typically, amplification conditions are for amplifying nucleic acids such as one or more target sequences or for amplifying amplified target sequences linked to one or more adapters, eg, adapter-ligated amplification target sequences. Refers to sufficient reaction mixture. Generally, amplification conditions include a catalyst for amplification or nucleic acid synthesis, such as a polymerase; a primer with some complementarity to the nucleic acid to be amplified; and nucleotides to facilitate extension of the primer after hybridizing to the nucleic acid. , For example, deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP). Amplification conditions may require hybridization or annealing of the primer to the nucleic acid, extension of the primer, and denaturing steps in which the extended primer is separated from the nucleic acid sequence undergoing amplification. Typically, the amplification conditions can, but need not, include thermocycling, and in some embodiments, the amplification conditions include multiple cycles in which the steps of annealing, extension, and separation are repeated. Typically, the amplification state will contain cations such as Mg 2+ or Mn 2+ and may also contain various modifiers of ionic strength.
本明細書で使用される場合、「再増幅」及びその派生語は、一般に、増幅された核酸分子の少なくとも一部が、任意の適切な増幅プロセス(いくつかの実施形態では、「二次」増幅と呼ばれる)を介してさらに増幅され、それによって、再増幅された核酸分子を産生する、任意のプロセスを指す。二次増幅は、増幅された核酸分子が産生された元の増幅プロセスと同一である必要はなく、増幅された核酸分子が増幅された核酸分子と完全に同一又は完全に相補的である必要もなく、必要なのは、再増幅された核酸分子が増幅された核酸分子又はその相補体の少なくとも一部を含むことだけである。例えば、再増幅は、一次増幅とは異なる標的特異的プライマーを含む、異なる増幅条件及び/又は異なるプライマーの使用を含み得る。 As used herein, "reamplification" and its derivatives generally mean that at least a portion of the amplified nucleic acid molecule is from any suitable amplification process (in some embodiments, "secondary"). Referred to as amplification), thereby producing a reamplified nucleic acid molecule. The secondary amplification need not be the same as the original amplification process by which the amplified nucleic acid molecule was produced, nor that the amplified nucleic acid molecule is exactly the same or is completely complementary to the amplified nucleic acid molecule. Nonetheless, it is only necessary that the reamplified nucleic acid molecule comprises at least part of the amplified nucleic acid molecule or its complement. For example, reamplification can include different amplification conditions and/or the use of different primers, including different target-specific primers than the primary amplification.
本明細書で使用される場合、用語「ポリメラーゼ連鎖反応」(「PCR」)は、Mullis米国特許第4,683,195号明細書及び同第4,683,202号明細書の方法を指し、これらは、クローニング又は精製なしにゲノムDNAの混合物中の目的のポリヌクレオチドのセグメントの濃度を増加させるための方法を記載する。目的のポリヌクレオチドを増幅するためのこのプロセスは、目的の所望のポリヌクレオチドを含むDNA混合物に大過剰の2つのオリゴヌクレオチドプライマーを導入し、続いてDNAポリメラーゼの存在下で一連の熱サイクルを行うことからなる。2つのプライマーは、目的の二本鎖ポリヌクレオチドの各々の鎖に相補的である。混合物は、最初に、より高い温度で変性され、次いでプライマーが、目的のポリヌクレオチド分子内の相補的配列にアニーリングされる。アニーリング後、プライマーをポリメラーゼで伸長させて、相補鎖の新しい対を形成する。変性、プライマーアニーリング及びポリメラーゼ伸長の工程は、目的の所望のポリヌクレオチドの増幅セグメントの高濃度を得るために、何度も繰り返され得る(サーモサイクリングと呼ばれる)。目的の所望のポリヌクレオチドの増幅セグメント(アンプリコン)の長さは、互いに対するプライマーの相対位置によって決定され、従って、この長さは、制御可能なパラメータである。このプロセスを繰り返すことにより、本方法は、「ポリメラーゼ連鎖反応」(以下、「PCR」)と呼ばれる。目的のポリヌクレオチドの所望の増幅セグメントは、混合物中の(濃度に関して)優勢な核酸配列になるので、それらは、「PCR増幅された」と言われる。上記の方法に対する改変において、標的核酸分子は、複数の異なるプライマー対、場合によっては、目的の標的核酸分子あたり1つ以上のプライマー対を使用してPCR増幅され得、それによって、多重PCR反応を形成する。 As used herein, the term “polymerase chain reaction” (“PCR”) refers to the method of Mullis US Pat. Nos. 4,683,195 and 4,683,202, These describe methods for increasing the concentration of a segment of a polynucleotide of interest in a mixture of genomic DNA without cloning or purification. This process for amplifying a polynucleotide of interest involves introducing a large excess of two oligonucleotide primers into a DNA mixture containing the desired polynucleotide of interest, followed by a series of thermal cycles in the presence of DNA polymerase. It consists of The two primers are complementary to each strand of the double-stranded polynucleotide of interest. The mixture is first denatured at higher temperature and then the primer is annealed to the complementary sequence within the polynucleotide molecule of interest. After annealing, the primers are extended with a polymerase to form new pairs of complementary strands. The steps of denaturation, primer annealing and polymerase extension can be repeated many times (called thermocycling) to obtain high concentrations of the amplified segment of the desired polynucleotide of interest. The length of the amplified segment (amplicon) of the desired polynucleotide of interest is determined by the relative position of the primers with respect to each other, and thus this length is a controllable parameter. By repeating this process, the method is referred to as the "polymerase chain reaction" (hereinafter "PCR"). Since the desired amplified segment of the polynucleotide of interest will be the predominant (in terms of concentration) nucleic acid sequence in the mixture, they are said to be "PCR amplified." In a modification to the above method, the target nucleic acid molecule can be PCR amplified using multiple different primer pairs, optionally one or more primer pairs per target nucleic acid molecule of interest, thereby providing a multiplex PCR reaction. Form.
本明細書で定義されるように、「多重増幅」は、少なくとも1つの標的特異的プライマーを使用する、サンプル内の2つ以上の標的配列の選択的及び非ランダム増幅を指す。いくつかの実施形態では、多重増幅は、標的配列のいくつか又は全てが単一の反応容器内で増幅されるように行われる。所定の多重増幅の「プレキシ」又は「プレックス」は、一般に、その単一多重増幅の間に増幅される異なる標的特異的配列の数を指す。いくつかの実施形態では、プレキシは、約12プレックス、24プレックス、48プレックス、96プレックス、192プレックス、384プレックス、768プレックス、1536プレックス、3072プレックス、6144プレックス以上であり得る。いくつかの異なる方法論(例えば、ゲル電気泳動、続いてデンシトメトリー、バイオアナライザーによる定量、又は定量的PCR、標識プローブとのハイブリダイゼーション;ビオチン化プライマーの組み込み、続いてアビジン−酵素コンジュゲート検出;増幅された標的配列への32P標識デオキシヌクレオチド三リン酸の組み込み)によって、増幅された標的配列を検出することも可能である。 As defined herein, "multiplex amplification" refers to the selective and non-random amplification of two or more target sequences in a sample using at least one target-specific primer. In some embodiments, multiplex amplification is performed such that some or all of the target sequences are amplified in a single reaction vessel. The “plexi” or “plex” of a given multiplex amplification generally refers to the number of different target-specific sequences amplified during that single multiplex amplification. In some embodiments, the plexi can be about 12, 24, 48, 96, 192, 384, 768, 1536, 3072, 6144 or more. Several different methodologies, such as gel electrophoresis followed by densitometry, bioanalyzer quantification, or quantitative PCR, hybridization with labeled probes; biotinylated primer incorporation, followed by avidin-enzyme conjugate detection; It is also possible to detect the amplified target sequence (by incorporation of 32 P-labeled deoxynucleotide triphosphate into the amplified target sequence).
本明細書で使用される場合、「増幅された標的配列」及びその派生語は、一般に、標的特異的プライマー及び本明細書に提供される方法を使用して、増幅標的配列によって産生される核酸配列を指す。増幅された標的配列は、標的配列に関して同じセンス(すなわち、プラス鎖)又はアンチセンス(すなわち、マイナス鎖)のいずれかであり得る。 As used herein, "amplified target sequence" and its derivatives generally refer to nucleic acid produced by an amplified target sequence using target-specific primers and the methods provided herein. Refers to an array. The amplified target sequence can be either the same sense (ie, plus strand) or antisense (ie, minus strand) with respect to the target sequence.
本明細書で使用される場合、用語「連結する」、「連結」及びそれらの派生語は、一般に、2つ以上の分子を一緒に共有結合的に連結するための、例えば、2つ以上の核酸分子を互いに共有結合的に連結するためのプロセスを指す。いくつかの実施形態では、連結は、核酸の隣接するヌクレオチド間のニックを連結することを含む。いくつかの実施形態では、連結は、第1の核酸分子の末端と第2の核酸分子の末端との間に共有結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、連結は、1つの核酸の5’リン酸基と第2の核酸の3’ヒドロキシル基との間に共有結合を形成し、それによって連結された核酸分子を形成することを含むことができる。一般に、本開示の目的のために、増幅された標的配列は、アダプターに連結されて、アダプター連結された増幅された標的配列を生成し得る。 As used herein, the terms “link”, “link” and their derivatives generally refer to covalently linking two or more molecules together, eg, two or more. Refers to the process for covalently linking nucleic acid molecules to each other. In some embodiments, linking comprises linking a nick between adjacent nucleotides of a nucleic acid. In some embodiments, the ligation comprises forming a covalent bond between the end of the first nucleic acid molecule and the end of the second nucleic acid molecule. In some embodiments, the linking forms a covalent bond between the 5'phosphate group of one nucleic acid and the 3'hydroxyl group of a second nucleic acid, thereby forming a linked nucleic acid molecule. Can be included. In general, for the purposes of this disclosure, the amplified target sequence may be ligated to an adapter to produce an adapter ligated amplified target sequence.
本明細書で使用される場合、「リガーゼ」及びその派生語は、一般に、2つの基質分子の連結を触媒することができる任意の薬剤を指す。いくつかの実施形態では、リガーゼは、核酸の隣接するヌクレオチド間のニックの結合を触媒することができる酵素を含む。いくつかの実施形態では、リガーゼは、1つの核酸分子の5’リン酸と別の核酸分子の3’ヒドロキシルとの間の共有結合の形成を触媒し、それによって連結された核酸分子を形成することができる酵素を含む。適切なリガーゼとしては、T4 DNAリガーゼ、T4 RNAリガーゼ、及び大腸菌(E.coli)DNAリガーゼが挙げられ得るが、これらに限定されない。 As used herein, "ligase" and its derivatives generally refer to any agent capable of catalyzing the linking of two substrate molecules. In some embodiments, the ligase comprises an enzyme capable of catalyzing the nicking between adjacent nucleotides of a nucleic acid. In some embodiments, the ligase catalyzes the formation of a covalent bond between the 5'phosphate of one nucleic acid molecule and the 3'hydroxyl of another nucleic acid molecule, thereby forming a linked nucleic acid molecule. Including enzymes that can. Suitable ligases can include, but are not limited to, T4 DNA ligase, T4 RNA ligase, and E. coli DNA ligase.
本明細書で使用される場合、「連結条件」及びその派生語は、一般に、2つの分子を互いに連結するために適切な条件を指す。いくつかの実施形態では、連結条件は、核酸間のニック又はギャップを封止するのに適している。本明細書で使用されるように、ニック又はギャップという用語は、当技術分野におけるこの用語の使用と一致する。典型的には、ニック又はギャップは、酵素(例えば、リガーゼ)の存在下、適切な温度及びpHで連結され得る。いくつかの実施形態では、T4 DNAリガーゼは、約70〜72℃の温度で核酸間のニックに結合することができる。 As used herein, "linking conditions" and derivatives thereof generally refer to conditions suitable for linking two molecules together. In some embodiments, the ligation conditions are suitable to seal nicks or gaps between nucleic acids. The term nick or gap, as used herein, is consistent with its use in the art. Typically, the nicks or gaps can be linked in the presence of an enzyme (eg, ligase) at a suitable temperature and pH. In some embodiments, T4 DNA ligase is capable of binding nicks between nucleic acids at temperatures of about 70-72°C.
本明細書で使用される「フローセル」という用語は、そこを横切って1つ以上の流体試薬を流すことができる固体表面を含むチャンバを指す。本開示の方法において容易に使用され得るフローセル並びに関連する流体システム及び検出プラットフォームの例は、参照により本明細書に組み込まれる、例えば、Bentley et al.、Nature 456:53−59(2008)、国際公開第04/018497号パンフレット;米国特許第7,057,026号パンフレット;国際公開第91/06678号パンフレット;国際公開第07/123744号パンフレット;米国特許第7,329,492号明細書;米国特許第7,211,414号明細書;米国特許第7,315,019号明細書;米国特許第7,405,281号明細書;及び米国特許出願公開第2008/01082号明細書に記載されている。 The term “flow cell” as used herein refers to a chamber containing a solid surface through which one or more fluid reagents can flow. Examples of flow cells and associated fluidic systems and detection platforms that can be readily used in the methods of the present disclosure are incorporated herein by reference, eg, Bentley et al. , Nature 456:53-59 (2008), WO 04/018497; US Pat. No. 7,057,026; WO 91/06678; WO 07/123744; US US Pat. No. 7,329,492; US Pat. No. 7,211,414; US Pat. No. 7,315,019; US Pat. No. 7,405,281; and US patents. It is described in Japanese Patent Application Publication No. 2008/01082.
本明細書で使用される「アンプリコン」という用語は、核酸に関して使用される場合、核酸をコピーする生成物を意味し、この生成物は、核酸のヌクレオチド配列の少なくとも一部と同じか又は相補的であるヌクレオチド配列を有する。アンプリコンは、例えば、ポリメラーゼ伸長、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、ローリングサークル増幅(RCA)、連結伸長、又は連結連鎖反応を含む、核酸又はそのアンプリコンを鋳型として使用する種々の増幅方法のいずれかによって産生され得る。アンプリコンは、特定のヌクレオチド配列の単一コピー(例えば、PCR産物)又はヌクレオチド配列の複数コピー(例えば、RCAのコンカテマー生成物)を有する核酸分子であり得る。標的核酸の第1のアンプリコンは、典型的には、相補的コピーである。後続のアンプリコンは、第1のアンプリコンの生成後に、標的核酸から、又は第1のアンプリコンから作製されるコピーである。後続のアンプリコンは、標的核酸に実質的に相補的であるか、又は標的核酸に実質的に同一である配列を有することができる。 As used herein, the term "amplicon," when used in reference to a nucleic acid, means a product that copies a nucleic acid, which product is the same as or complementary to at least a portion of the nucleotide sequence of the nucleic acid. Having a nucleotide sequence that is targeted. An amplicon is any of various amplification methods that use a nucleic acid or its amplicon as a template, including, for example, polymerase extension, polymerase chain reaction (PCR), rolling circle amplification (RCA), ligation extension, or ligation chain reaction. Can be produced by An amplicon can be a nucleic acid molecule that has a single copy of a particular nucleotide sequence (eg, a PCR product) or multiple copies of a nucleotide sequence (eg, a concatemer product of RCA). The first amplicon of the target nucleic acid is typically a complementary copy. Subsequent amplicons are copies made from the target nucleic acid or from the first amplicon after the production of the first amplicon. The subsequent amplicon can have a sequence that is substantially complementary to, or is substantially identical to, the target nucleic acid.
本明細書で使用される場合、用語「増幅部位」は、1つ以上のアンプリコンが生成され得るアレイ中又はアレイ上の部位を指す。増幅部位は、さらに、その部位で生成される少なくとも1つのアンプリコンを含む、保持する、又は付着させるように構成することができる。 As used herein, the term "amplification site" refers to a site in or on an array where one or more amplicons can be produced. The amplification site can be further configured to include, retain, or attach to at least one amplicon produced at that site.
本明細書で使用される場合、用語「アレイ」は、相対的位置に従って互いに区別され得る部位の集団を指す。アレイの異なる部位にある異なる分子は、アレイ内の部位の位置に従って互いに区別することができる。アレイの個々の部位は、特定の型の1つ以上の分子を含み得る。例えば、部位は、特定の配列を有する単一の標的核酸分子を含み得るか、又は部位は、同じ配列(及び/又はその相補的配列)を有するいくつかの核酸分子を含み得る。アレイの部位は、同じ基質上に配置された異なるフィーチャとすることができる。例示的なフィーチャとしては、基質内のウェル、基質内若しくは基質上のビーズ(又は他の粒子)、基質からの突起、基質上のリッジ、又は基質内のチャネルが挙げられるが、これらに限定されない。アレイの部位は、各々が異なる分子を有する別個の基質であり得る。別個の基質に付着した異なる分子は、基質が関連した表面上の基質の位置に従って、又は液体若しくはゲル中の基質の位置に従って同定することができる。別個の基質が表面上に位置する例示的なアレイには、ウェル中にビーズを有するものが含まれるが、これに限定されない。 As used herein, the term "array" refers to a population of sites that can be distinguished from each other according to their relative position. Different molecules at different sites of the array can be distinguished from each other according to the position of the sites in the array. Individual sites in the array may contain one or more molecules of a particular type. For example, a site may contain a single target nucleic acid molecule having a particular sequence, or a site may contain several nucleic acid molecules having the same sequence (and/or its complementary sequence). The sites of the array can be different features located on the same substrate. Exemplary features include, but are not limited to, wells within the substrate, beads (or other particles) within or on the substrate, protrusions from the substrate, ridges on the substrate, or channels within the substrate. .. The sites of the array can be separate substrates, each with a different molecule. Different molecules attached to separate substrates can be identified according to the position of the substrate on the surface with which the substrate is associated, or according to the position of the substrate in a liquid or gel. Exemplary arrays in which the discrete substrates are located on the surface include, but are not limited to, those with beads in the wells.
本明細書で使用される「容量」という用語は、部位及び核酸物質に関して使用される場合、部位を占めることができる核酸物質の最大量を意味する。例えば、この用語は、特定の状態において部位を占めることができる核酸分子の総数を指すことができる。例えば、特定の状態で部位を占めることができる核酸物質の総質量、又は特定のヌクレオチド配列のコピーの総数を含む、他の尺度も同様に使用することができる。典型的には、標的核酸に対する部位の容量は、標的核酸のアンプリコンに対する部位の容量と実質的に同等である。 As used herein, the term "volume", when used in reference to a site and nucleic acid material, means the maximum amount of nucleic acid material that can occupy the site. For example, the term can refer to the total number of nucleic acid molecules that can occupy a site in a particular state. Other measures can be used as well, including, for example, the total mass of nucleic acid material that can occupy a site in a particular state, or the total number of copies of a particular nucleotide sequence. Typically, the volume of the site for the target nucleic acid is substantially equivalent to the volume of the site for the amplicon of the target nucleic acid.
本明細書で使用される場合、用語「捕捉剤」は、標的分子(例えば、標的核酸)に付着、保持、又は結合することができる材料、化学物質、分子、又はその部分を指す。例示的な捕捉剤には、標的核酸の少なくとも一部に相補的である捕捉核酸(本明細書では捕捉オリゴヌクレオチドとも呼ばれる)、標的核酸(又はそれに付着した結合部分)に結合することができる受容体−リガンド結合対のメンバー(例えば、アビジン、ストレプトアビジン、ビオチン、レクチン、炭水化物、核酸結合タンパク質、エピトープ、抗体など)、又は標的核酸(又はそれに付着した結合部分)と共有結合を形成することができる化学試薬が含まれるが、これらに限定されない。 As used herein, the term "capture agent" refers to a material, chemical, molecule, or portion thereof that is capable of attaching, retaining or binding to a target molecule (eg, target nucleic acid). Exemplary capture agents include a capture nucleic acid that is complementary to at least a portion of the target nucleic acid (also referred to herein as a capture oligonucleotide), a receptor capable of binding to the target nucleic acid (or a binding moiety attached thereto). Can form a covalent bond with a member of a body-ligand binding pair (eg, avidin, streptavidin, biotin, lectin, carbohydrate, nucleic acid binding protein, epitope, antibody, etc.) or a target nucleic acid (or binding moiety attached thereto). These include, but are not limited to, possible chemical reagents.
本明細書で使用される場合、用語「クローン集団」は、特定のヌクレオチド配列に関して均一である核酸の集団を指す。均一配列は、典型的には、少なくとも10ヌクレオチド長であるが、さらに長くてもよく、例えば少なくとも50、100、250、500又は1000ヌクレオチド長を含む。クローン集団は、単一の標的核酸又は鋳型核酸に由来し得る。典型的には、クローン集団中の核酸の全ては、同じヌクレオチド配列を有するであろう。クローン性から逸脱することなく、クローン集団において少数の突然変異(例えば、増幅アーチファクトに起因する)が生じ得ることが理解される。 As used herein, the term "clonal population" refers to a population of nucleic acids that is homogenous with respect to a particular nucleotide sequence. Homogeneous sequences are typically at least 10 nucleotides in length, but can be longer, including at least 50, 100, 250, 500 or 1000 nucleotides in length. A clonal population can be derived from a single target nucleic acid or template nucleic acid. Typically, all of the nucleic acids in a clonal population will have the same nucleotide sequence. It is understood that a small number of mutations can occur in the clonal population (eg due to amplification artifacts) without departing from clonality.
本明細書で使用される場合、組成物、物品、核酸、又は核の文脈における「提供する」は、組成物、物品、核酸、若しくは核を作製すること、組成物、物品、核酸、若しくは核を購入すること、又はそれ以外で化合物、組成物、物品、物品、若しくは核を得ることを意味する。 As used herein, “providing” in the context of a composition, article, nucleic acid, or nucleus refers to making a composition, article, nucleic acid, or nucleus, composition, article, nucleic acid, or nucleus. Or otherwise obtaining the compound, composition, article, article, or nucleus.
「及び/又は」という用語は、列挙された要素のうちの1つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の2つ以上の組み合わせを意味する。 The term "and/or" means one or all of the listed elements or a combination of any two or more of the listed elements.
「好ましい」及び「好ましくは」という単語は、特定の状況下で、特定の利益を与え得る本発明の実施形態を指す。しかしながら、同じ又は別の状況下で、別の実施形態も好ましい場合がある。さらに、1つ以上の好ましい実施形態の記載は、別の実施形態が有用ではないことを示唆しておらず、別の実施形態を本発明の範囲から除外することを意図していない。 The words "preferred" and "preferably" refer to embodiments of the invention that may afford certain benefits, under certain circumstances. However, under the same or different circumstances, other embodiments may be preferred. Furthermore, the description of one or more preferred embodiments does not indicate that another embodiment is not useful, and is not intended to exclude another embodiment from the scope of the present invention.
用語「含む」及びその変形は、これらの用語が明細書及び特許請求の範囲に現れる場合、限定的な意味を有さない。 The term "comprising" and variations thereof do not have a limiting meaning where these terms appear in the description and claims.
「含む」又は「含んでいる」などの言葉で本明細書に記載される実施形態は、どこでも、「からなる」及び/又は「本質的にからなる」という用語で記載される他の点で類似の実施形態も提供されることが理解される。 Embodiments described herein in terms such as "comprises" or "comprising" are everywhere else described by the terms "consisting of" and/or "consisting essentially of." It is understood that similar embodiments are also provided.
別段の指定がない限り、「a」、「an」、「the」、及び「少なくとも1つ」は、互換的に使用され、1つ又は複数を意味する。 Unless otherwise specified, "a," "an," "the," and "at least one" are used interchangeably and mean one or more.
また、本明細書において、終点による数値範囲の記載は、その範囲内に包含される全ての数を含む(例えば、1〜5は、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5などを含む)。 Further, in the present specification, the description of the numerical range by the end point includes all the numbers included in the range (for example, 1 to 5 are 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3). .80, 4, 5, etc.).
別個の工程を含む本明細書に開示される任意の方法について、工程は、任意の実現可能な順序で行ってもよい。また、必要に応じて、2つ以上の工程の任意の組み合わせを同時に行ってもよい。 For any method disclosed herein, including separate steps, the steps may occur in any feasible order. Further, if desired, any combination of two or more steps may be performed simultaneously.
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「実施形態」、「特定の実施形態」、又は「いくつかの実施形態」などへの言及は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構成、組成、又は特性が本開示の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体の様々な箇所におけるこのような語句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構成、組成、又は特性は、1つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。 Throughout this specification, reference to "an embodiment," "an embodiment," "a particular embodiment," "some embodiments," or the like refers to a particular feature described in connection with that embodiment. , Composition, composition, or property is included in at least one embodiment of the present disclosure. Thus, the appearances of such phrases in various places throughout the specification are not necessarily all referring to the same embodiment of the disclosure. Furthermore, the particular features, configurations, compositions, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
本開示の具体的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと最もよく理解され得る。 The following detailed description of specific embodiments of the present disclosure can be best understood when read in conjunction with the following drawings.
概略図は必ずしも等尺ではない。図面で使用される同様の番号は、同様の構成要素、ステップなどを指す。しかしながら、所定の図において構成要素を指すための番号の使用は、同じ番号で標識される別の図における構成要素を限定することを意図しないことが理解されるであろう。さらに、構成要素を指すための異なる番号の使用は、異なる番号の構成要素が他の番号の構成要素と同一又は類似であり得ないことを示すことを意図していない。 The schematic is not necessarily isometric. Like numbers used in the figures refer to like components, steps, and the like. It will be appreciated, however, that the use of numbers to refer to components in a given figure is not intended to limit components in other figures that are labeled with the same number. Furthermore, the use of different numbers to refer to components is not intended to indicate that different numbered components may not be the same or similar to other numbered components.
本明細書に提供される方法は、複数の細胞由来の単離された核を提供することを含む(図1、ブロック12)。細胞は、任意の生物に由来してもよく、生物の任意の細胞型又は任意の組織に由来してもよい。方法はさらに、細胞を解離すること(図2、ブロックi)、及び/又は核を単離すること(図2、ブロックii)を含み得る。細胞から核を単離するための方法は、当業者に公知であり、日常的である。核の数は、少なくとも2であり得る。上限は、本明細書に記載の方法の他の工程に使用される装置(例えば、マルチウェルプレート)の実際的制限に依存する。例えば、一実施形態では、核の数は、1,000,000,000以下、100,000,000以下、10,000,000以下、1,000,000以下、10,000以下、又は1,000以下であり得る。当業者は、各核における核酸分子が生物の全遺伝的相補体を表し、イントロン及びエキソン配列の両方、並びにプロモーター及びエンハンサー配列のような非コード調節配列を含むゲノムDNA分子であることを認識するであろう。 The methods provided herein include providing isolated nuclei from multiple cells (Figure 1, block 12). The cell may be derived from any organism, and may be derived from any cell type or any tissue of the organism. The method may further comprise dissociating the cells (Figure 2, block i) and/or isolating the nucleus (Figure 2, block ii). Methods for isolating nuclei from cells are well known and routine to those of skill in the art. The number of nuclei can be at least 2. The upper limit depends on the practical limits of the equipment (eg, multiwell plate) used in the other steps of the methods described herein. For example, in one embodiment, the number of nuclei is 1,000,000 or less, 100,000,000 or less, 10,000,000 or less, 1,000,000 or less, 10,000 or less, or 1, 000 or less. Those skilled in the art will recognize that the nucleic acid molecule in each nucleus represents the entire genetic complement of the organism and is a genomic DNA molecule containing both intron and exon sequences and non-coding regulatory sequences such as promoter and enhancer sequences. Will.
一実施形態において、核は、ゲノムDNAに結合したヌクレオソームを含む。このような核は、sciATAC−seqのように、細胞の全ゲノムのDNA配列を決定しない方法において有用であり得る。別の実施形態では、単離された核は、ヌクレオソームの核を枯渇させる条件に供され、ヌクレオソーム枯渇核を生成する(図1、ブロック13、及び図2、ブロックii)。このような核は、細胞の全ゲノムDNA配列を決定することを目的とした方法において有用であり得る。一実施形態において、ヌクレオソーム枯渇に使用される条件は、単離された核の完全性を維持する。ヌクレオソーム枯渇核を生成するための方法は、当業者に公知である(例えば、Vitak et al.、2017、Nature Methods、14(3):302−308を参照されたい)。一実施形態では、本条件は、核酸−タンパク質相互作用を破壊することができるカオトロピック剤による処理を含む化学処理である。有用なカオトロピック剤の例としては、ジヨードサリチル酸リチウムが挙げられるが、これに限定されない。別の実施形態では、本条件は、核酸−タンパク質相互作用を破壊することができる洗剤による処理を含む化学処理である。有用な洗剤の例としては、ナトリウムドデシル硫酸塩(SDS)が挙げられるが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、SDSのような洗剤が使用される場合、核が単離される細胞は、単離の前に架橋剤で処理される。架橋剤の有用な例としては、ホルムアルデヒドが挙げられるが、これに限定されない。 In one embodiment, the nucleus comprises nucleosomes bound to genomic DNA. Such nuclei may be useful in methods that do not sequence the entire genome of the cell, such as sciATAC-seq. In another embodiment, the isolated nuclei are subjected to conditions that deplete the nucleosomal nuclei to produce nucleosomal depleted nuclei (FIG. 1, block 13, and FIG. 2, block ii). Such nuclei may be useful in methods aimed at determining the total genomic DNA sequence of a cell. In one embodiment, the conditions used for nucleosome depletion maintain the integrity of the isolated nucleus. Methods for generating nucleosome-depleted nuclei are known to those of skill in the art (see, eg, Vitak et al., 2017, Nature Methods, 14(3):302-308). In one embodiment, the conditions are chemical treatments, including treatment with chaotropic agents that can disrupt nucleic acid-protein interactions. Examples of useful chaotropic agents include, but are not limited to, lithium diiodosalicylate. In another embodiment, the conditions are chemical treatments, including treatment with detergents that can disrupt nucleic acid-protein interactions. An example of a useful detergent includes, but is not limited to, sodium dodecyl sulfate (SDS). In some embodiments, when a detergent such as SDS is used, the cells from which the nuclei are isolated are treated with a crosslinker prior to isolation. Useful examples of cross-linking agents include, but are not limited to, formaldehyde.
本明細書に提供される方法は、核(例えば、ヌクレオソーム枯渇核)のサブセットを、第1の複数の区画(図1、ブロック14、及び図2、左側概略図)に分配することを含む。サブセットに存在する核の数、従って各区画に存在する核の数は、少なくとも1であり得る。一実施形態では、サブセットに存在する核の数は、2,000以下である。核をサブセットに分配するための方法は当業者に公知であり、日常的である。例としては蛍光活性化核選別(FANS)が挙げられるが、これに限定されない。 The methods provided herein include partitioning a subset of nuclei (eg, nucleosome depleted nuclei) into a first plurality of compartments (FIG. 1, block 14 and FIG. 2, left side schematic). The number of nuclei present in the subset, and thus the number of nuclei present in each compartment, can be at least one. In one embodiment, the number of nuclei present in the subset is 2,000 or less. Methods for partitioning nuclei into subsets are well known and routine to those of skill in the art. An example includes, but is not limited to, fluorescence activated nuclear sorting (FANS).
各区画はトランスポソーム複合体を含む。トランスポザーゼ認識部位に結合したトランスポザーゼであるトランスポソーム複合体は、時に「タグメンテーション(tagmentation)」と呼ばれる過程で、トランスポザーゼ認識部位を核内の標的核酸に挿入することができる。いくつかのこのような挿入事象において、トランスポザーゼ認識部位の1つの鎖は、標的核酸に移送され得る。このような鎖は、「移送鎖」と呼ばれる。一実施形態において、トランスポソーム複合体は、2つのサブユニットを有する二量体トランスポザーゼ、及び2つの不連続なトランスポゾン配列を含む。別の実施形態では、トランスポザーゼは、2つのサブユニットを有する二量体トランスポザーゼ、及び連続したトランスポゾン配列を含む。 Each compartment contains a transposome complex. The transposase complex, which is a transposase bound to a transposase recognition site, can insert the transposase recognition site into a target nucleic acid in the nucleus in a process sometimes called “tagmentation”. In some such insertion events, one strand of the transposase recognition site can be transferred to the target nucleic acid. Such chains are called "transport chains". In one embodiment, the transposome complex comprises a dimeric transposase with two subunits and two discontinuous transposon sequences. In another embodiment, the transposase comprises a dimeric transposase having two subunits and a continuous transposon sequence.
いくつかの実施形態は、過剰活性Tn5トランスポザーゼ及びTn5型トランスポザーゼ認識部位(Goryshin及びReznikoff、J.Biol.Chem.、273:7367(1998))、又はMuAトランスポザーゼ並びにR1及びR2末端配列を含むMuトランスポザーゼ認識部位(Mizuuchi、K.、Cell、35:785、1983;Savilahti、H、et al.、EMBO J.、14:4893、1995)の使用を含み得る。Tn5モザイク末端(ME)配列も、当業者により最適化されて使用することができる。 Some embodiments include an overactive Tn5 transposase and a Tn5-type transposase recognition site (Goryshin and Reznikoff, J. Biol. Chem., 273:7367 (1998)), or a Mu transposase that includes a MuA transposase and R1 and R2 terminal sequences. The use of recognition sites (Mizuchi, K., Cell, 35:785, 1983; Savirahti, H, et al., EMBO J., 14:4893, 1995) may be involved. The Tn5 mosaic end (ME) sequence can also be optimized and used by those skilled in the art.
本明細書に提供される組成物及び方法の特定の実施形態で使用され得る転位系のさらなる例としては、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)Tn552(Colegio et al.、J.Bacteriol.、183:2384−8、2001;Kirby C et al.、Mol.Microbiol.、43:173−86、2002)、Ty1(Devine & Boeke、Nucleic Acids Res.、22:3765−72、1994及び国際公開第95/23875号パンフレット)、トランスポゾンTn7(Craig、N L、Science.271:1512、1996;Craig、N L、Review in:Curr Top Microbiol Immunol.、204:27−48、1996)、Tn/O及びIS10(Kleckner N、et al.、Curr Top Microbiol Immunol.、204:49−82、1996)、Marinerトランスポザーゼ(Lampe D J、et al.、EMBO J.、15:5470−9、1996)、Tc1(Plasterk R H、Curr.Topics Microbiol.Immunol.、204:125−43、1996)、Pエレメント(Gloor、G B、Methods Mol.Biol.、260:97−114、2004)、Tn3(Ichikawa & Ohtsubo、J Biol.Chem.265:18829−32、1990)、細菌挿入配列(Ohtsubo & Sekine、Curr.Top.Microbiol.Immunol.204:1−26、1996)、レトロウイルス(Brown、et al.、Proc Natl Acad Sci USA、86:2525−9、1989)、並びに酵母のレトロトランスポゾン(Boeke & Corces、Annu Rev Microbiol.43:403−34、1989)が挙げられる。さらなる例としては、IS5、Tn10、Tn903、IS911、及びトランスポザーゼファミリー酵素の操作バージョンが挙げられる(Zhang et al.、(2009)PLoS Genet.5:e1000689.Epub 2009 Oct 16;Wilson C.et al(2007)J.Microbiol.Methods 71:332−5)。 Further examples of transposition systems that can be used in certain embodiments of the compositions and methods provided herein are Staphylococcus aureus Tn552 (Colegio et al., J. Bacteriol., 183:2384). -8, 2001; Kirby C et al., Mol. Microbiol., 43:173-86, 2002), Ty1 (Device & Boeke, Nucleic Acids Res., 22:3765-72, 1994 and International Publication No. 95/23875. No. Pamphlet), transposon Tn7 (Craig, NL, Science. 271:1512, 1996; Craig, NL, Review in: Curr Top Microbiol Immunol., 204:27-48, 1996), Tn/O and IS10 (Kleckner). N, et al., Curr Top Microbiol Immunol., 204:49-82, 1996), Mariner transposase (Lampe DJ, et al., EMBO J., 15:5470-9, 1996), Tc1 (Plasterk RH. , Curr. Topics Microbiol. Immunol., 204:125-43, 1996), P element (Gloor, GB, Methods Mol. Biol., 260:97-114, 2004), Tn3 (Ichikawa & Ohtsubo, J Bio. Chem. 265: 18829-32, 1990), bacterial insertion sequence (Ohtsubo & Sekine, Curr. Top. Microbiol. Immunol. 204:1-26, 1996), retrovirus (Brown, et al., Proc Natl Acad Sci USA). , 86:2525-9, 1989), and yeast retrotransposons (Boeke & Centers, Annu Rev Microbiol. 43:403-34, 1989). Further examples include engineered versions of IS5, Tn10, Tn903, IS911, and transposase family enzymes (Zhang et al., (2009) PLoS Genet. 5:e1000689.Epub 2009 Oct 16; Wilson C. et al( 2007) J. Microbiol. Methods 71:332-5).
本明細書に提供される方法及び組成物で使用され得るインテグラーゼの別の例としては、HIV−1、HIV−2、SIV、PFV−1、RSV由来のインテグラーゼのようなレトロウイルスインテグラーゼ及びそのようなレトロウイルスインテグラーゼのインテグラーゼ認識配列が挙げられる。 Another example of an integrase that can be used in the methods and compositions provided herein is a retroviral integrase such as an integrase from HIV-1, HIV-2, SIV, PFV-1, RSV. And the integrase recognition sequences of such retroviral integrases.
本明細書に提供される方法及び組成物で有用なトランスポゾン配列は、米国特許出願公開第2012/0208705号明細書、米国特許出願公開第2012/0208724号明細書及び国際特許出願公開第2012/061832号パンフレットに提供されている。いくつかの実施形態では、トランスポゾン配列は、第1のトランスポザーゼ認識部位、第2のトランスポザーゼ認識部位、及びこれら2つのトランスポザーゼ認識部位の間に存在するインデックスを含む。 Transposon sequences useful in the methods and compositions provided herein are disclosed in US Patent Application Publication No. 2012/0208705, US Patent Application Publication No. 2012/0208724, and International Patent Application Publication No. 2012/061832. It is provided in the issue brochure. In some embodiments, the transposon sequence comprises a first transposase recognition site, a second transposase recognition site, and an index that lies between these two transposase recognition sites.
本明細書で有用ないくつかのトランスポソーム複合体は、2つのトランスポゾン配列を有するトランスポザーゼを含む。いくつかのそのような実施形態では、2つのトランスポゾン配列は、互いに連結されず、換言すれば、トランスポゾン配列は、互いに不連続である。そのようなトランスポソームの例は、当技術分野で公知である(例えば、米国特許出願公開第2010/0120098号明細書参照されたい)。 Some transposome complexes useful herein include transposases having two transposon sequences. In some such embodiments, the two transposon sequences are not linked to each other, in other words the transposon sequences are discontinuous with each other. Examples of such transposomes are known in the art (see, eg, US Patent Application Publication No. 2010/0120098).
いくつかの実施形態において、トランスポソーム複合体は、「ループ状複合体」又は「ループ状トランスポソーム」を形成するために2つのトランスポザーゼサブユニットに結合するトランスポゾン配列核酸を含む。一例では、トランスポソームは、二量体トランスポザーゼ及びトランスポゾン配列を含む。ループ状複合体は、元の標的DNAの順序情報を維持しながら、標的DNAを断片化することなく、トランスポゾンが標的DNAに挿入されることを確実にすることができる。理解されるように、ループ状構造は、標的核酸の物理的な接続性を維持しながら、インデックスなどの所望の核酸配列を標的核酸に挿入することができる。いくつかの実施形態において、ループ状トランスポソーム複合体のトランスポゾン配列は、トランスポゾン配列が断片化されて、2つのトランスポゾン配列を含むトランスポソーム複合体を生成し得るように、断片化部位を含み得る。このようなトランスポソーム複合体は、トランスポゾンが挿入される隣接する標的DNA断片がアッセイの後の段階で明確に組み立てられ得るコード組み合わせを受け取ることを確実にするのに有用である。 In some embodiments, the transposome complex comprises a transposon sequence nucleic acid that binds to two transposase subunits to form a "loop complex" or "loop transposome." In one example, the transposome comprises dimeric transposase and transposon sequences. The looped complex can ensure that the transposon is inserted into the target DNA without fragmenting the target DNA while maintaining the ordering information of the original target DNA. As will be appreciated, the looped structure can insert a desired nucleic acid sequence, such as an index, into the target nucleic acid while maintaining the physical connectivity of the target nucleic acid. In some embodiments, the transposon sequences of the looped transposome complex can include fragmentation sites such that the transposon sequences can be fragmented to produce a transposome complex that contains two transposon sequences. Such transposome complexes are useful to ensure that the flanking target DNA fragments into which the transposon is inserted receive a coding combination that can be unambiguously assembled in later steps of the assay.
トランスポソーム複合体はまた、トランスポザーゼインデックスとも呼ばれる少なくとも1つのインデックス配列を含む。インデックス配列は、トランスポゾン配列の一部として存在する。一実施形態において、インデックス配列は、標的核酸に移送されるトランスポザーゼ認識部位の鎖である移送鎖上に存在し得る。タグ又はバーコードとも呼ばれるインデックス配列は、特定の標的核酸が存在した区画のマーカー特徴として有用である。トランスポソーム複合体のインデックス配列は、区画ごとに異なっている。従って、この実施形態において、インデックスは、特定の区画に存在する標的核酸の各々に付着される核酸配列タグであり、その存在は、核の集団が方法のこの段階で存在した区画を示すか、又は同定するために使用される。 The transposome complex also contains at least one index sequence, also called the transposase index. The index sequence exists as part of the transposon sequence. In one embodiment, the index sequence may be on a transport strand that is the strand of the transposase recognition site that is transported to the target nucleic acid. Index sequences, also called tags or barcodes, are useful as marker features in the compartment where a particular target nucleic acid was present. The index sequence of the transposome complex differs from compartment to compartment. Therefore, in this embodiment, the index is a nucleic acid sequence tag attached to each of the target nucleic acids present in a particular compartment, the presence of which indicates the compartment in which the population of nuclei was present at this stage of the method, or Or used to identify.
インデックス配列は、長さが20ヌクレオチドまで、例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20であり得る。4ヌクレオチドタグは同じアレイ上で256サンプルを多重化する可能性を与え、6塩基タグは4096サンプルが同じアレイ上で処理されることを可能にする。 Index sequences are up to 20 nucleotides in length, eg 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19. , 20. The 4-nucleotide tag offers the possibility to multiplex 256 samples on the same array and the 6-base tag allows 4096 samples to be processed on the same array.
一実施形態では、移送鎖はまた、汎用配列、第1の配列決定プライマー配列、又はそれらの組み合わせを含むことができる。汎用配列及び配列決定プライマー配列は、本明細書に記載される。従って、移送鎖が標的核酸に移送されるいくつかの実施形態では、標的核酸はトランスポザーゼインデックスを含み、また、汎用配列、第1の配列決定プライマー配列、又はそれらの組み合わせを含む。 In one embodiment, the transport strand can also include a universal sequence, a first sequencing primer sequence, or a combination thereof. Universal sequences and sequencing primer sequences are described herein. Thus, in some embodiments in which the transfer strand is transferred to the target nucleic acid, the target nucleic acid comprises a transposase index and also comprises a universal sequence, a first sequencing primer sequence, or a combination thereof.
一実施形態では、移送鎖のシトシンヌクレオチドはメチル化される。別の実施形態では、移送鎖のヌクレオチドはシトシンを含まない。このような移送鎖、及びトランスポザーゼインデックス配列、汎用配列、及び/又は第1の配列決定プライマー配列を含む、移送鎖上に存在する任意の配列は、シトシン枯渇と呼ぶことができる。トランスポソーム複合体におけるシトシン枯渇ヌクレオチド配列の使用は、トランスポザーゼ効率に有意な影響を有さない。 In one embodiment, the transport chain cytosine nucleotides are methylated. In another embodiment, the nucleotides of the transport strand do not include cytosine. Any sequence present on the transport chain, including such a transport chain and a transposase index sequence, a universal sequence, and/or a first sequencing primer sequence, can be referred to as cytosine depleted. The use of cytosine-depleted nucleotide sequences in the transposome complex has no significant effect on transposase efficiency.
この方法はまた、インデックス付加された核を生成することを含む(図1、ブロック15、及び図2、ブロックiii)。一実施形態では、インデックス付加核を生成することは、ヌクレオソーム枯渇核のサブセットに存在する核酸(例えば、各区画に存在する核酸)を複数の核酸断片に断片化することを含む。一実施形態では、核酸の断片化は、核酸中に存在する断片化部位を使用することによって達成される。典型的には、断片化部位は、トランスポソーム複合体を使用することによって標的核酸に導入される。例えば、ループ状トランスポソーム複合体は、断片化部位を含むことができる。断片化部位は、標的核酸に挿入されたインデックス配列間の情報的関連ではなく物理的関連を切断するために使用することができる。切断は、生化学的手段、化学的手段又は他の手段によるものであってもよい。いくつかの実施形態では、断片化部位は、様々な手段によって断片化され得るヌクレオチド又はヌクレオチド配列を含み得る。断片化部位の例としては、制限エンドヌクレアーゼ部位、RNAseで切断可能な少なくとも1つのリボヌクレオチド、特定の化学剤の存在下で切断可能なヌクレオチド類似体、過ヨウ素酸塩での処理によって切断可能なジオール結合、化学還元剤で切断可能なジスルフィド基、光化学切断に供され得る切断可能部分、及びペプチダーゼ酵素又は他の好適な手段によって切断可能なペプチドが挙げられるが、これらに限定されない(例えば、米国特許出願公開第2012/0208705号明細書、米国特許出願公開第2012/0208724号明細書及び国際公開第2012/061832号パンフレット参照されたい)。断片化の結果は、各核が核酸断片を含む、インデックス付加核の集団であり、ここで、核酸断片は少なくとも1つの鎖に、特定の区画を示すインデックス配列を含む。 The method also includes generating indexed kernels (FIG. 1, block 15, and FIG. 2, block iii). In one embodiment, generating the indexed nuclei comprises fragmenting nucleic acids present in a subset of nucleosome depleted nuclei (eg, nucleic acids present in each compartment) into multiple nucleic acid fragments. In one embodiment, fragmentation of nucleic acids is accomplished by using the fragmentation sites present in the nucleic acid. Typically, the fragmentation site is introduced into the target nucleic acid by using the transposome complex. For example, the looped transposome complex can include a fragmentation site. Fragmentation sites can be used to break physical rather than informative relationships between index sequences inserted into a target nucleic acid. Cleavage may be by biochemical, chemical or other means. In some embodiments, the fragmentation site can include nucleotides or nucleotide sequences that can be fragmented by various means. Examples of fragmentation sites are a restriction endonuclease site, at least one ribonucleotide cleavable by RNAse, a nucleotide analog cleavable in the presence of certain chemical agents, cleavable by treatment with periodate. Examples include, but are not limited to, diol bonds, disulfide groups that are cleavable by chemical reducing agents, cleavable moieties that can be subject to photochemical cleavage, and peptides that are cleavable by peptidase enzymes or other suitable means (eg, US See Patent Application Publication No. 2012/0208705, US Patent Application Publication No. 2012/0208724, and International Publication No. WO 2012/061832 pamphlet). The result of the fragmentation is a population of indexed nuclei, each nucleus containing a nucleic acid fragment, wherein the nucleic acid fragment comprises, in at least one strand, an index sequence that represents a particular compartment.
多数の区画からのインデックス付加核を組み合わせることができる(図1、ブロック16、及び図2、左側の概略図)。例えば、2〜96区画(96ウェルプレートが使用される場合)、又は2〜384区画(384ウェルプレートが使用される場合)のインデックス付加核が組み合わされる。次いで、本明細書でプールされたインデックス付加核と呼ばれる、これらの組み合わされたインデックス付加核のサブセットは、第2の複数の区画に分配される。サブセット中に、従って各区画内に存在する核の数は、部分的にはインデックス衝突を減少させたいという要望に基づいており、これは、方法のこの工程において同じ区画内に終わる同じトランスポザーゼインデックスを有する2つの核の存在である。この実施形態において、サブセット中に存在する核の数は、2〜30、例えば、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、又は30であり得る。一実施形態では、サブセット中に存在する核の数は、20〜24、例えば22である。核をサブセットに分配するための方法は当業者に公知であり、日常的である。例としては蛍光活性化核選別(FANS)が挙げられるが、これに限定されない。 Indexed kernels from multiple compartments can be combined (FIG. 1, block 16, and FIG. 2, left-hand schematic). For example, indexed nuclei from 2 to 96 compartments (if 96 well plates are used) or 2 to 384 compartments (if 384 well plates are used) are combined. A subset of these combined indexed nuclei, referred to herein as pooled indexed nuclei, is then distributed to the second plurality of partitions. The number of nuclei present in the subset, and thus in each compartment, is based in part on the desire to reduce index collisions, which leads to the same transposase index ending in the same compartment at this step of the method. It is the existence of two nuclei. In this embodiment, the number of nuclei present in the subset is between 2 and 30, for example 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. , 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, or 30. In one embodiment, the number of nuclei present in the subset is 20-24, eg 22. Methods for partitioning nuclei into subsets are well known and routine to those of skill in the art. An example includes, but is not limited to, fluorescence activated nuclear sorting (FANS).
分配されたインデックス付加核を処理してメチル化ヌクレオチドを同定する(図1、ブロック17、及び図2、ブロックiv)。CpGジヌクレオチド配列などの部位のメチル化は、そのような部位の解析のために当技術分野で使用される様々な技法のいずれかを使用して測定することができる。1つの有用な方法は、メチル化CpGジヌクレオチド配列の同定である。メチル化CpGジヌクレオチド配列の同定は、単離されたゲノムDNA又はその断片内のCpG配列のメチル化状態依存性化学修飾、続いてDNA配列解析に依存する、シトシン変換に基づく技術を用いて決定される。メチル化CpGジヌクレオチド配列と非メチル化CpGジヌクレオチド配列とを区別することができる化学試薬には、核酸を切断するヒドラジン、及び亜硫酸水素が含まれる。亜硫酸水素処理に続くアルカリ加水分解は、非メチル化シトシンをウラシルに特異的に変換し、Olek A.、1996、Nucleic Acids Res.24:5064−6又はFrommer et al.、1992、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:1827−1831によって記載されているように、5−メチルシトシンを未修飾のまま残す。亜硫酸水素処理DNAは、続いて、PCR増幅、配列決定、及びオリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションを含む検出(例えば、核酸マイクロアレイを用いて)などの分子技術によって解析することができる。一実施形態では、各区画内のインデックス付加核は、亜硫酸水素処理のための条件に曝露される。核酸の亜硫酸水素処理は当業者に公知であり、日常的である。一実施形態では、亜硫酸水素処理はCpGジヌクレオチドの非メチル化シトシン残基をウラシル残基に変換し、5−メチルシトシン残基を変化させずに残す。亜硫酸水素処理は、亜硫酸水素処理された核酸断片をもたらす。 The distributed indexed nuclei are processed to identify methylated nucleotides (FIG. 1, block 17, and FIG. 2, block iv). Methylation of sites such as CpG dinucleotide sequences can be measured using any of the various techniques used in the art for analysis of such sites. One useful method is the identification of methylated CpG dinucleotide sequences. Identification of methylated CpG dinucleotide sequences was determined using techniques based on cytosine conversion, which rely on methylation state-dependent chemical modification of CpG sequences within isolated genomic DNA or fragments thereof, followed by DNA sequence analysis. To be done. Chemical reagents capable of distinguishing between methylated and unmethylated CpG dinucleotide sequences include hydrazine, which cleaves nucleic acids, and bisulfite. Alkaline hydrolysis followed by bisulfite treatment specifically converts unmethylated cytosine to uracil, and was reported by Olek A. et al. , 1996, Nucleic Acids Res. 24:5064-6 or Frommer et al. , 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. 5-methylcytosine remains unmodified as described by USA 89:1827-1831. The bisulfite treated DNA can subsequently be analyzed by molecular techniques such as PCR amplification, sequencing, and detection including oligonucleotide hybridization (eg, using nucleic acid microarrays). In one embodiment, the indexed nuclei within each compartment are exposed to conditions for bisulfite treatment. Bisulfite treatment of nucleic acids is well known and routine to those of skill in the art. In one embodiment, bisulfite treatment converts the unmethylated cytosine residues of CpG dinucleotides to uracil residues leaving the 5-methylcytosine residues unchanged. Bisulfite treatment results in bisulfite treated nucleic acid fragments.
亜硫酸水素処理された核酸断片の生成後、断片は、一端又は両端にさらなるヌクレオチドを含むように改変される(図1、ブロック18、並びに図2、ブロックv及びvi)。一実施形態において、改変は、複数のプライマーを使用して、亜硫酸水素処理された核酸断片を線形増幅に供することを含む。各プライマーは、少なくとも2つの領域;5’末端に汎用ヌクレオチド配列、及び3’末端に無作為ヌクレオチド配列を含む。汎用ヌクレオチド配列は各プライマーにおいて同一であり、一実施形態では、第2の配列決定プライマー配列(図2にて読み取り2プライマーとも呼ばれる)を含む(ブロックvii)。無作為ヌクレオチド配列の領域は、亜硫酸水素処理された核酸断片中の全ての配列に相補的である少なくとも1つのプライマーが存在すべきであるように使用される。完全なカバレージの可能性を所望の水準まで増大させるために使用され得る無作為ヌクレオチドの数は、日常的な方法を使用して決定され得、6〜12の無作為ヌクレオチド、例えば9の無作為ヌクレオチドであり得る。一実施形態では、サイクル数は10サイクル以下、例えば9サイクル、8サイクル、7サイクル、6サイクル、5サイクル、4サイクル、3サイクル、2サイクル、又は1サイクルに制限される。線形増幅の結果は、増幅された断片−アダプター分子である。断片−アダプター分子の例を図3に示す。断片−アダプター分子30は、トランスポザーゼインデックス並びに増幅及び/又は配列決定のために使用され得る汎用配列を含む、トランスポソーム複合体31及び32の移送された鎖に由来するヌクレオチドを含む。断片−アダプター分子はまた、核33のゲノムDNA、無作為ヌクレオチド配列34の領域、及び汎用ヌクレオチド配列35に由来するヌクレオチドを含む。 After generation of the bisulfite treated nucleic acid fragment, the fragment is modified to include additional nucleotides at one or both ends (Figure 1, block 18, and Figure 2, blocks v and vi). In one embodiment, the modification comprises subjecting the bisulfite treated nucleic acid fragment to linear amplification using multiple primers. Each primer contains at least two regions; a universal nucleotide sequence at the 5'end and a random nucleotide sequence at the 3'end. The universal nucleotide sequence is the same in each primer and, in one embodiment, comprises a second sequencing primer sequence (also referred to as the read 2 primer in Figure 2) (block vii). Regions of random nucleotide sequences are used such that there should be at least one primer that is complementary to all sequences in the bisulfite treated nucleic acid fragment. The number of random nucleotides that can be used to increase the probability of full coverage to the desired level can be determined using routine methods, and can range from 6 to 12 random nucleotides, eg, 9 random nucleotides. It can be a nucleotide. In one embodiment, the number of cycles is limited to 10 cycles or less, such as 9 cycles, 8 cycles, 7 cycles, 6 cycles, 5 cycles, 4 cycles, 3 cycles, 2 cycles, or 1 cycle. The result of linear amplification is the amplified fragment-adaptor molecule. Examples of fragment-adaptor molecules are shown in FIG. Fragment-adapter molecule 30 comprises nucleotides from the transferred strand of transposome complexes 31 and 32, including transposase index and universal sequences that can be used for amplification and/or sequencing. The fragment-adapter molecule also comprises nucleotides from the nuclear 33 genomic DNA, a region of random nucleotide sequence 34, and universal nucleotide sequence 35.
線形増幅の後、固定化及び配列決定の前に、断片−アダプター分子の末端をさらに改変するために、指数増幅反応、例えばPCRが続く。この工程は、PCRによる断片−アダプター分子のインデックス付加を生じる(図1、ブロック19)。断片−アダプター分子の末端に存在する汎用配列31、32及び/又は35は、プライマーとして働き、増幅反応において伸長され得る汎用アンカー配列の結合のために使用され得る。典型的には、2つの異なるプライマーが使用される。一方のプライマーは、断片−アダプター分子の一方の鎖の3’末端で汎用配列とハイブリダイズし、第2のプライマーは、断片−アダプター分子の他方の鎖の3’末端で汎用配列とハイブリダイズする。従って、各プライマーのアンカー配列は異なっていてもよい。好適なプライマーは、各々、汎用捕捉配列などの追加の汎用配列と、別のインデックス配列とを含むことができる。各プライマーはインデックスを含むことができるので、この工程は1つ又は2つのインデックス配列、例えば、第2及び場合による第3のインデックスの付加をもたらす。第2及び場合による第3のインデックスを有する断片−アダプター分子は、デュアル−インデックス断片−アダプター分子と呼ばれる。第2及び第3のインデックスは、互いに逆相補体とすることができ、又は第2及び第3のインデックスは、互いに逆相補体ではない配列を有することができる。この第2のインデックス配列及び場合による第3のインデックスは、分配されたインデックス付加核が亜硫酸水素ナトリウムでの処理の前に配置された各区画に固有である。このPCR増幅の結果は、図2、ブロックviiに示される断片−アダプター分子と類似又は同一の構成を有する複数又はライブラリーの断片−アダプター分子である。 After linear amplification, an exponential amplification reaction, such as PCR, is followed to further modify the ends of the fragment-adaptor molecule before immobilization and sequencing. This step results in the fragment-adapter molecule indexing by PCR (FIG. 1, block 19). The universal sequences 31, 32 and/or 35 present at the ends of the fragment-adapter molecule serve as primers and can be used for the attachment of universal anchor sequences which can be extended in amplification reactions. Two different primers are typically used. One primer hybridizes to the universal sequence at the 3'end of one strand of the fragment-adapter molecule and the second primer hybridizes to the universal sequence at the 3'end of the other strand of the fragment-adaptor molecule. .. Therefore, the anchor sequence of each primer may be different. Suitable primers can each include an additional universal sequence, such as a universal capture sequence, and another index sequence. Since each primer can contain an index, this step results in the addition of one or two index sequences, eg a second and optionally a third index. Fragment-adapter molecules with a second and optionally a third index are called dual-index fragment-adapter molecules. The second and third indexes can be inverse complements of each other, or the second and third indexes can have sequences that are not inverse complements of each other. This second index array and optionally the third index is unique to each compartment in which the distributed indexed nuclei were placed prior to treatment with sodium bisulfite. The result of this PCR amplification is a fragment or adapter molecule of multiple or library having a similar or identical composition to the fragment-adaptor molecule shown in Figure 2, block vii.
別の実施形態では、改変は、亜硫酸水素処理された核酸断片を、断片の両末端へのさらなる配列の連結を生じる条件に供することを含む。一実施形態では、平滑末端連結を使用することができる。別の実施形態では、断片は、例えば、単一のデオキシヌクレオチド、例えばデオキシアデノシン(A)を亜硫酸水素処理核酸断片の3’末端に付加する非鋳型依存性末端トランスフェラーゼ活性を有するTaqポリメラーゼ又はKlenowエキソマイナスポリメラーゼのような特定のタイプのDNAポリメラーゼの活性によって、単一の突出ヌクレオチドを用いて調製される。このような酵素は、断片の各鎖の平滑末端3’末端に単一のヌクレオチド「A」を付加するために使用され得る。従って、「A」はTaq又はKlenowエキソマイナスポリメラーゼとの反応によって二本鎖標的断片の各鎖の3’末端に付加され得る一方、断片の各末端に付加されるさらなる配列は、付加される二本鎖核酸の各領域の3’末端上に存在する適合性の「T」突出を含み得る。この末端改変はまた、核酸の自己連結を妨げ、その結果、この実施形態で付加される配列に隣接する亜硫酸水素処理核酸断片の形成に偏っている。 In another embodiment, the modification comprises subjecting the bisulfite treated nucleic acid fragment to conditions that result in the ligation of additional sequences to both ends of the fragment. In one embodiment, blunt end ligation can be used. In another embodiment, the fragment is, for example, Taq polymerase or Klenow exo having non-template-dependent terminal transferase activity that adds a single deoxynucleotide, such as deoxyadenosine (A), to the 3'end of the bisulfite treated nucleic acid fragment. It is prepared with a single overhanging nucleotide, depending on the activity of a particular type of DNA polymerase, such as a minus polymerase. Such enzymes can be used to add a single nucleotide "A" to the blunt-ended 3'end of each strand of the fragment. Thus, "A" can be added to the 3'end of each strand of the double stranded target fragment by reaction with Taq or Klenow exo-minase polymerase, while additional sequences added to each end of the fragment are added to the 2'end. It may include compatible "T" overhangs present on the 3'end of each region of the double-stranded nucleic acid. This end modification also prevents self-ligation of the nucleic acids, thus biasing the formation of bisulfite treated nucleic acid fragments flanking the sequence added in this embodiment.
本明細書に記載される方法による核酸分子の断片化は、平滑末端及び3’及び5’突出末端の不均一な混合物を有する断片を生じる。従って、例えばクローニングベクターの平滑部位への挿入に最適な末端を生成するために、当技術分野で公知の方法又はキット(例えば、Lucigen DNAターミネーター末端修復キット)を使用して、断片末端を修復することが望ましい。特定の実施形態において、核酸集団の断片末端は平滑末端化されている。より具体的には、断片末端は平滑末端化され、リン酸化されている。リン酸部分は酵素処理を介して、例えば、ポリヌクレオチドキナーゼを用いて導入することができる。 Fragmentation of nucleic acid molecules by the methods described herein results in fragments with blunt ends and a heterogeneous mixture of 3'and 5'overhanging ends. Thus, fragment ends are repaired using methods or kits known in the art (eg, Lucigen DNA terminator end repair kit), eg, to generate optimal ends for insertion into the blunt site of a cloning vector. Is desirable. In certain embodiments, the fragment ends of the nucleic acid population are blunt ended. More specifically, the fragment ends are blunt-ended and phosphorylated. The phosphate moiety can be introduced via enzymatic treatment, eg, using a polynucleotide kinase.
一実施形態では、亜硫酸水素処理された核酸断片は、最初に、亜硫酸水素処理された核酸断片の5’末端及び3’末端に、同一の汎用アダプター(「ミスマッチアダプター」とも呼ばれ、その全般的な特徴はGormley et al.、米国特許第7,741,463号明細書、及びBignell et al.、米国特許第8,053,192号明細書に記載されている)を連結して、断片−アダプター分子を形成することによって処理される。一実施形態では、汎用アダプターは配列決定に必要な全ての配列を含み、断片−アダプター分子をアレイ上に固定化することを含む。配列決定されるべき核酸は単一細胞由来であるので、断片−アダプター分子のさらなる増幅は、配列決定のための十分な数の断片−アダプター分子を達成するために有用である。 In one embodiment, the bisulfite-treated nucleic acid fragment is initially labeled with identical universal adapters (also referred to as "mismatch adapters") at the 5'and 3'ends of the bisulfite-treated nucleic acid fragment. Are described in Gormley et al., US Pat. No. 7,741,463, and Bignell et al., US Pat. No. 8,053,192). It is processed by forming an adapter molecule. In one embodiment, the universal adapter contains all the sequences required for sequencing and comprises immobilizing the fragment-adapter molecule on the array. Since the nucleic acid to be sequenced is from a single cell, further amplification of the fragment-adapter molecule is useful to achieve a sufficient number of fragment-adapter molecules for sequencing.
別の実施形態では、汎用アダプターが配列決定に必要な全ての配列を含まない場合、PCR工程を使用して、固定化及び配列決定の前に、各断片−アダプター分子に存在する汎用アダプターをさらに改変し得る。例えば、最初のプライマー伸長反応は、断片−アダプター分子に存在する汎用配列に相補的な汎用アンカー配列を使用して実施され、ここで、個々の断片−アダプター分子の各々の両方の鎖に相補的な伸長産物が形成される。典型的には、PCRは、汎用捕捉配列などの追加の汎用配列、及び別のインデックス配列を付加する。各プライマーはインデックスを含むことができるので、この工程は1つ又は2つのインデックス配列、例えば、第2及び場合による第3のインデックスの付加、並びにアダプター連結による断片−アダプター分子のインデックス付加をもたらす(図1、ブロック19)。得られた断片−アダプター分子は、デュアル−インデックス断片−アダプター分子と呼ばれる。 In another embodiment, if the universal adapter does not contain all the sequences required for sequencing, a PCR step is used to further supplement the universal adapter present in each fragment-adapter molecule prior to immobilization and sequencing. It can be modified. For example, the initial primer extension reaction is performed using a universal anchor sequence complementary to the universal sequence present in the fragment-adapter molecule, where complementary to both strands of each individual fragment-adaptor molecule. An extension product is formed. Typically, PCR adds additional universal sequences, such as universal capture sequences, and another index sequence. Since each primer can contain an index, this step results in the addition of one or two index sequences, eg a second and optionally a third index, and a fragment-adapter molecule indexing by adapter ligation ( FIG. 1, block 19). The resulting fragment-adapter molecule is called dual-index fragment-adapter molecule.
配列決定に必要な全ての配列を含む汎用アダプターを連結する単一工程方法によって、又は汎用アダプターを連結し、次いでPCR増幅して汎用アダプターをさらに改変する2工程方法によって、汎用アダプターが付加された後、最終的な断片−アダプター分子は、汎用捕捉配列、第2のインデックス配列、及び場合による第3のインデックス配列を含むであろう。これらのインデックスは、線形増幅によるデュアル−インデックス断片−アダプターの産生において記載された第2及び第3のインデックスに類似している。第2及び第3のインデックスは互いに逆相補体とすることができ、又は第2及び第3のインデックスは、互いに逆相補体ではない配列を有することができる。これらの第2及び場合による第3のインデックス配列は、分配されたインデックス付加核が亜硫酸水素ナトリウムでの処理の前に置かれた各区画に固有である。汎用アダプターを両端に付加した結果、図4に示す断片−アダプター分子40と類似又は同一の構成を有する断片−アダプター分子の複数又はライブラリーが得られる。断片−アダプター分子40は、各々3’フローセルアダプター(例えば、P5)及び5’フローセルアダプター(例えば、P7’)とも呼ばれる捕捉配列41及び48と、i5及びi7などのインデックス42及び47とを含む。断片−アダプター分子40はまた、トランスポザーゼインデックス44並びに増幅及び/又は配列決定のために使用され得る汎用配列45を含む、トランスポソーム複合体43の移送鎖に由来するヌクレオチドを含む。断片−アダプター分子はまた、核46のゲノムDNAに由来するヌクレオチドを含む。 A universal adapter was added by a single step method of ligating a universal adapter containing all the sequences required for sequencing, or by a two step method of ligating the universal adapter and then PCR amplifying to further modify the universal adapter. Afterwards, the final fragment-adapter molecule will contain a universal capture sequence, a second index sequence, and optionally a third index sequence. These indexes are similar to the second and third indexes described in the production of dual-index fragment-adapter by linear amplification. The second and third indexes can be anti-complementary to each other, or the second and third indexes can have sequences that are not anti-complementary to each other. These second and optional third index sequences are unique to each compartment in which the distributed indexed nuclei were placed prior to treatment with sodium bisulfite. As a result of adding universal adapters to both ends, a plurality of fragments-adaptor molecules or a library having a structure similar to or the same as the fragments-adaptor molecule 40 shown in FIG. 4 is obtained. Fragment-adapter molecule 40 comprises capture sequences 41 and 48, also referred to as 3'flow cell adapters (e.g. P5) and 5'flow cell adapters (e.g. P7'), respectively, and indices 42 and 47, such as i5 and i7. Fragment-adapter molecule 40 also includes nucleotides from the transport strand of transposome complex 43, including transposase index 44 and universal sequence 45 that can be used for amplification and/or sequencing. The fragment-adapter molecule also contains nucleotides derived from the nuclear 46 genomic DNA.
得られたデュアル−インデックス断片−アダプター分子は集合的に、固定化され、次いで配列決定され得る核酸のライブラリーを提供する。ライブラリーという用語は、それらの3’末端及び5’末端に公知の汎用配列を含む単一細胞由来の断片の収集を指す。 The resulting dual-index fragment-adapter molecules collectively provide a library of nucleic acids that can be immobilized and then sequenced. The term library refers to a collection of single cell derived fragments containing known universal sequences at their 3'and 5'ends.
亜硫酸水素処理された核酸断片が追加のヌクレオチドを含むように改変された後、デュアル−インデックス断片−アダプター分子は、長さ150〜400ヌクレオチド、例えば150〜300ヌクレオチドなどの所定のサイズ範囲について選択する条件に供され得る。得られたデュアル−インデックス断片−アダプター分子をプールし、場合により、組み込まれていない汎用アダプター又はプライマーの少なくとも一部を除去することによって、DNA分子の純度を高めるための清浄化プロセスに供することができる。電気泳動、サイズ排除クロマトグラフィーなどのような任意の好適な清浄化プロセスを使用することができる。いくつかの実施形態では、固相可逆的固定化常磁性ビーズを用いて、所望のDNA分子を、付着していない汎用アダプター又はプライマーから分離し、サイズに基づいて核酸を選択し得る。固相可逆的固定化常磁性ビーズは、Beckman Coulter(Agencourt AMPure XP)、Thermofisher(MagJet)、Omega Biotek(Mag−Bind)、Promega Beads(Promega)、及びKapa Biosystems(Kapa Pure Beads)から市販されている。 After the bisulfite treated nucleic acid fragment has been modified to contain additional nucleotides, dual-index fragment-adapter molecules are selected for a given size range, such as 150-400 nucleotides in length, eg 150-300 nucleotides. Subject to conditions. The resulting dual-index fragment-adapter molecules can be pooled and optionally subjected to a cleaning process to increase the purity of the DNA molecule by removing at least a portion of the unincorporated universal adapter or primer. it can. Any suitable cleaning process can be used such as electrophoresis, size exclusion chromatography and the like. In some embodiments, solid phase reversibly immobilized paramagnetic beads can be used to separate desired DNA molecules from unattached universal adapters or primers and to select nucleic acids based on size. Solid-phase reversibly immobilized paramagnetic beads are available from Beckman Coulter (Agencourt AMPure XP), Thermofisher (MagJet), Omega Biotek (Mag-Bind), Promega Beads (Promega), and KapaBay (Promega), and KapaBay (Promega) and KapaBay (Promega). There is.
複数の断片−アダプター分子は、配列決定のために調製され得る。断片−アダプター分子をプールした後、それらを固定化し、配列決定の前に増幅する(図1、ブロック20)。1つ以上の供給源から基質に断片−アダプター分子を付着させる方法は、当技術分野で公知である。同様に、固定化された断片−アダプター分子を増幅するための方法は、架橋増幅及び動力学排除を含むが、これらに限定されない。配列決定の前に固定化及び増幅するための方法は、例えば、Bignell et al.(米国特許第8,053,192号明細書)、Gunderson et al.(国際公開第2016/130704号パンフレット)、Shen et al.(米国特許第8,895,249号明細書)、及びPipenburg et al.(米国特許第9,309,502号明細書)に記載される。 Multiple fragment-adapter molecules can be prepared for sequencing. After pooling the fragment-adapter molecules, they are immobilized and amplified before sequencing (Figure 1, block 20). Methods of attaching fragment-adapter molecules to substrates from one or more sources are known in the art. Similarly, methods for amplifying immobilized fragment-adaptor molecules include, but are not limited to, bridge amplification and kinetic exclusion. Methods for immobilization and amplification prior to sequencing are described, for example, by Bignell et al. (US Pat. No. 8,053,192), Gunderson et al. (International Publication No. 2016/130704 pamphlet), Shen et al. (U.S. Pat. No. 8,895,249), and Pipenburg et al. (US Pat. No. 9,309,502).
プールされたサンプルは、配列決定のための調製において固定化され得る。配列決定は、単一分子のアレイとして行うことができ、又は配列決定の前に増幅することができる。増幅は、1つ以上の固定化プライマーを使用して行うことができる。固定化されたプライマーは、平坦な表面上のローン、又はビーズのプール上のローンであり得る。ビーズのプールは、エマルジョンの各「区画」において単一のビーズを有するエマルジョンに分離することができる。「区画」当たり1つの鋳型のみの濃度で、単一の鋳型のみが各ビーズ上で増幅される。 Pooled samples can be immobilized in preparation for sequencing. Sequencing can be performed as an array of single molecules or can be amplified prior to sequencing. Amplification can be performed using one or more immobilized primers. Immobilized primers can be on a flat surface or on a pool of beads. The bead pool can be separated into emulsions with a single bead in each "compartment" of the emulsion. At a concentration of only one template per "compartment", only a single template is amplified on each bead.
本明細書で使用される「固相増幅」という用語は、増幅産物の全部又は一部がそれらが形成されるにつれて固体支持体上に固定化されるように、固体支持体上で、又は固体支持体と関連して実施される任意の核酸増幅反応を指す。特に、この用語は、固相ポリメラーゼ連鎖反応(固相PCR)及び固相等温増幅を包含し、これらは、フォワード及びリバース増幅プライマーの一方又は両方が固体支持体上に固定化されることを除いて、標準溶液相増幅に類似する反応である。固相PCRは、一方のプライマーがビーズに固定され、他方が遊離溶液中にあるエマルジョン、及び一方のプライマーが表面に固定され、一方が遊離溶液中にある固相ゲルマトリックス中のコロニー形成などのシステムを包含する。 The term "solid phase amplification" as used herein refers to on a solid support or to a solid support such that all or part of the amplification products are immobilized on the solid support as they are formed. Refers to any nucleic acid amplification reaction performed in association with a support. In particular, this term includes solid phase polymerase chain reaction (solid phase PCR) and solid phase isothermal amplification, except that one or both of the forward and reverse amplification primers are immobilized on a solid support. Thus, the reaction is similar to standard solution phase amplification. Solid phase PCR involves the formation of an emulsion in which one primer is immobilized on beads and the other is in free solution, and colony formation in a solid phase gel matrix in which one primer is immobilized on the surface and one is in free solution. Includes the system.
いくつかの実施形態では、固体支持体は、パターン化された表面を含む。「パターン化された表面」は、固体支持体の露出した層の中又は上の異なる領域の配置を指す。例えば、1つ以上の領域は、1つ以上の増幅プライマーが存在するフィーチャであり得る。フィーチャは、増幅プライマーが存在しない間隙領域によって分離することができる。いくつかの実施形態では、パターンは、行及び列にあるフィーチャのx−yフォーマットとすることができる。いくつかの実施形態では、パターンは、フィーチャ及び/又は間隙領域の繰り返し配列とすることができる。いくつかの実施形態では、パターンは、フィーチャ及び/又は間隙領域のランダムな配置とすることができる。本明細書に記載される方法及び組成物において使用することができる例示的なパターン化表面は、米国特許第8,778,848号明細書、同第8,778,849号明細書、及び同第9,079,148号明細書、並びに米国特許出願公開第2014/0243224号明細書に記載されている。 In some embodiments, the solid support comprises a patterned surface. "Patterned surface" refers to the placement of different regions in or on an exposed layer of a solid support. For example, one or more regions can be a feature where one or more amplification primers are present. Features can be separated by interstitial regions where amplification primers are not present. In some embodiments, the pattern can be an xy format of features in rows and columns. In some embodiments, the pattern can be a repeating array of features and/or gap regions. In some embodiments, the pattern can be a random arrangement of features and/or gap regions. Exemplary patterned surfaces that can be used in the methods and compositions described herein are US Pat. Nos. 8,778,848, 8,778,849, and No. 9,079,148, as well as U.S. Patent Application Publication No. 2014/0243324.
いくつかの実施形態では、固体支持体は、表面にウェル又は窪みのアレイを含む。これは、フォトリソグラフィ、スタンピング技法、成形技法、及びマイクロエッチング技法を含むがこれらに限定されない、様々な技法を使用して、当技術分野で一般に知られているように製造することができる。当業者によって理解されるように、使用される技法は、アレイ基質の組成及び形状に依存するであろう。 In some embodiments, the solid support comprises an array of wells or depressions on the surface. It can be manufactured as is commonly known in the art using a variety of techniques including, but not limited to, photolithography, stamping techniques, molding techniques, and microetching techniques. As will be appreciated by those in the art, the technique used will depend on the composition and shape of the array substrate.
パターン化された表面のフィーチャは、パターン化された共有結合ゲル(例えば、ポリ(N−(5−アジドアセトアミジルペンチル)アクリルアミド−co−アクリルアミド)(PAZAM、例えば、米国特許出願公開第2013/184796号明細書、国際公開第2016/066586号パンフレット、及び国際公開第2015/002813号パンフレットを参照されたい)を有する、ガラス、シリコン、プラスチック、又は他の適切な固体支持体上のウェル(例えば、マイクロウェル又はナノウェル)のアレイ中のウェルであり得る。このプロセスは、配列決定のために使用されるゲルパッドを作製し、このゲルパッドは、多数のサイクルを有する配列決定ランにわたって安定であり得る。ウェルへのポリマーの共有結合は、様々な使用の間、構造化基質の寿命を通して構造化フィーチャ内にゲルを維持するのに役立つ。しかしながら、多くの実施形態では、ゲルは、ウェルに共有結合される必要はない。例えば、いくつかの条件において、構造化基質のいずれの部分にも共有結合していないシランを含まないアクリルアミド(SFA、例えばその全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第8,563,477号明細書を参照されたい)が、ゲル材料として使用され得る。 Patterned surface features include patterned covalent gels (eg, poly(N-(5-azidoacetamidylpentyl)acrylamide-co-acrylamide) (PAZAM, eg, US Patent Publication No. 2013/ Wells on glass, silicon, plastic, or other suitable solid support (see, eg, 184796, WO 2016/066586, and WO 2015/002813) (eg, , Microwells or nanowells) This process creates a gel pad used for sequencing, which gel pad may be stable over sequencing runs with multiple cycles. Covalent attachment of polymers to the wells helps maintain the gel within the structured features throughout the life of the structured substrate during various uses, however, in many embodiments, the gel is covalently attached to the wells. For example, in some conditions, silane-free acrylamides (SFAs, such as US Pat. No. 8,563,477) may be used as the gel material.
特定の実施形態では、構造化基質は、固体支持体材料をウェル(例えば、マイクロウェル又はナノウェル)でパターン化し、パターン化支持体をゲル材料(例えば、PAZAM、SFA、又はSFAのアジド化(azidolyzed)バージョン(アジド−SFA)などのその化学修飾異形)でコーティングし、ゲルコーティングされた支持体を、例えば、化学研磨又は機械研磨によって研磨し、それによって、ウェル内にゲルを保持するが、ウェル間の構造化基質の表面上の間隙領域から実質的に全てのゲルを除去又は不活性化することによって作製することができる。プライマー核酸は、ゲル材料に付着させることができる。次いで、断片−アダプター分子の溶液を、個々の断片−アダプター分子がゲル材料に付着したプライマーとの相互作用を介して個々のウェルに播種されるように、研磨された基質と接触させることができるが、標的核酸は、ゲル材料の非存在又は不活性のために、間隙領域を占有しないであろう。断片−アダプター分子の増幅は、間質領域におけるゲルの非存在又は不活性が増殖する核酸コロニーの外側への移動を妨げるので、ウェルに限定される。このプロセスは、好都合に製造可能であり、スケーラブルであり、従来のマイクロ又はナノ製造方法を利用する。 In certain embodiments, the structured substrate patterns a solid support material with wells (eg, microwells or nanowells) and the patterned support with a gel material (eg, PAZAM, SFA, or azidoyzed SFA). ) Versions (chemically modified variants thereof such as azido-SFA) coated and gel coated supports are abraded, for example by chemical or mechanical polishing, thereby retaining the gel in the well but not the well. It can be made by removing or inactivating substantially all gel from the interstitial regions on the surface of the structured substrate in between. The primer nucleic acid can be attached to the gel material. The solution of fragment-adapter molecules can then be contacted with a polished substrate such that the individual fragment-adaptor molecules are seeded into individual wells through interaction with the primer attached to the gel material. However, the target nucleic acid will not occupy the interstitial region due to the absence or inactivity of the gel material. Amplification of fragment-adaptor molecules is limited to wells, as the absence or inactivity of the gel in the stromal region prevents outward migration of growing nucleic acid colonies. This process is conveniently manufacturable, scalable, and utilizes conventional micro or nano fabrication methods.
本開示は、1つの増幅プライマーのみが固定化される(他のプライマーは通常、遊離溶液中に存在する)「固相」増幅方法を包含するが、固体支持体には、固定化されたフォワードプライマー及びリバースプライマーの両方が提供されることが好ましい。実際には、増幅プロセスは増幅を維持するために過剰のプライマーを必要とするので、固体支持体上に固定化された「複数の」同一のフォワードプライマー及び/又は「複数の」同一のリバースプライマーが存在するであろう。本明細書におけるフォワードプライマー及びリバースプライマーへの言及は、文脈が特に示さない限り、そのようなプライマーの「複数」を包含するものとして解釈されるべきである。 The present disclosure encompasses "solid phase" amplification methods in which only one amplification primer is immobilized (other primers are usually in free solution), but on a solid support, immobilized forward Preferably both a primer and a reverse primer are provided. In practice, the amplification process requires an excess of primers to maintain amplification, so "multiple" identical forward primers and/or "multiple" identical reverse primers immobilized on a solid support. Will exist. References to forward and reverse primers herein should be construed as including "plurality" of such primers unless the context dictates otherwise.
当業者に理解されるように、任意の所定の増幅反応は、増幅される鋳型に特異的な少なくとも1つのタイプのフォワードプライマー及び少なくとも1つのタイプのリバースプライマーを必要とする。しかしながら、特定の実施形態では、フォワードプライマー及びリバースプライマーは、同一配列の鋳型特異的部分を含み得、完全に同一のヌクレオチド配列及び構造(任意の非ヌクレオチド修飾を含む)を有し得る。言い換えれば、1つのタイプのプライマーのみを使用して固相増幅を行うことが可能であり、このような単一プライマー法は、本発明の範囲内に包含される。別の実施形態は、同一の鋳型特異的配列を含むが、いくつかの他の構造的特徴において異なるフォワードプライマー及びリバースプライマーを使用し得る。例えば、1つのタイプのプライマーは、他に存在しない非ヌクレオチド修飾を含み得る。 As will be appreciated by those in the art, any given amplification reaction will require at least one type of forward primer and at least one type of reverse primer specific for the template being amplified. However, in certain embodiments, the forward and reverse primers can include template-specific portions of the same sequence and can have exactly the same nucleotide sequence and structure (including any non-nucleotide modifications). In other words, it is possible to perform solid phase amplification using only one type of primer, and such single primer methods are included within the scope of the invention. Another embodiment may use forward and reverse primers that contain the same template-specific sequence, but differ in some other structural features. For example, one type of primer may contain non-nucleotide modifications that are not present in the other.
本開示の全ての実施形態において、固相増幅のためのプライマーは、好ましくは、プライマーの5’末端又はその近くで固体支持体への一点共有結合によって固定化され、プライマーの鋳型特異的部分は、その同族鋳型にアニールするように遊離のままであり、3’ヒドロキシル基は、プライマー伸長のために遊離である。当技術分野で既知の任意の適切な共有結合手段を、このために使用することができる。選択される付着化学は、固体支持体の性質、及びそれに適用される任意の誘導体化又は官能化に依存するであろう。プライマー自体は、付着を容易にするために、非ヌクレオチド化学修飾であり得る部分を含み得る。特定の実施形態では、プライマーは、5’末端に、ホスホロチオエート又はチオホスフェートなどの硫黄含有求核試薬を含み得る。固体支持ポリアクリルアミドヒドロゲルの場合、この求核試薬は、ヒドロゲル中に存在するブロモアセトアミド基に結合することができる。プライマー及び鋳型を固体支持体に付着させるより具体的な手段は、国際公開第05/065814号パンフレットに完全に記載されているように、重合アクリルアミド及びN−(5−ブロモアセトアミジルペンチル)アクリルアミド(BRAPA)からなるヒドロゲルへの5’ホスホロチオエート付着を介するものである。 In all embodiments of the present disclosure, the primer for solid phase amplification is preferably immobilized by a single point covalent bond to a solid support at or near the 5'end of the primer and the template-specific portion of the primer is , Remains free to anneal to its cognate template and the 3′ hydroxyl group is free due to primer extension. Any suitable covalent means known in the art can be used for this. The attachment chemistry chosen will depend on the nature of the solid support, and any derivatization or functionalization applied to it. The primer itself can include moieties that can be non-nucleotide chemical modifications to facilitate attachment. In certain embodiments, the primer can include a sulfur-containing nucleophile such as phosphorothioate or thiophosphate at the 5'end. In the case of solid-supported polyacrylamide hydrogels, this nucleophile can bind to bromoacetamide groups present in the hydrogel. A more specific means of attaching the primer and template to the solid support is described in WO 05/0658814, as fully described by polymerized acrylamide and N-(5-bromoacetamidylpentyl)acrylamide. Via 5'phosphorothioate attachment to a hydrogel composed of (BRAPA).
本開示の特定の実施形態は、例えば、ポリヌクレオチドなどの生体分子への共有結合を可能にする反応性基を含む中間材料の層又はコーティングの適用によって「官能化」された不活性基質又はマトリックス(例えば、スライドガラス、ポリマービーズなど)からなる固体支持体を利用してもよい。このような支持体の例としては、ガラスなどの不活性基質上に支持されたポリアクリルアミドヒドロゲルが挙げられるが、これらに限定されない。そのような実施形態では、生体分子(例えば、ポリヌクレオチド)は、中間材料(例えば、ヒドロゲル)に直接共有結合されてもよいが、中間材料自体は、基質又はマトリックス(例えば、ガラス基質)に非共有結合されてもよい。用語「固体支持体への共有結合」は、従って、このタイプの配置を包含するものとして解釈されるべきである。 Certain embodiments of the present disclosure are, for example, "functionalized" inert substrates or matrices by the application of layers or coatings of intermediate materials that include reactive groups that allow covalent attachment to biomolecules such as polynucleotides. A solid support composed of (eg, glass slides, polymer beads, etc.) may be utilized. Examples of such supports include, but are not limited to, polyacrylamide hydrogels supported on an inert substrate such as glass. In such embodiments, the biomolecule (eg, polynucleotide) may be directly covalently bound to the intermediate material (eg, hydrogel), but the intermediate material itself is non-attached to the matrix or matrix (eg, glass matrix). It may be covalently bound. The term "covalent bond to a solid support" should therefore be construed as encompassing this type of arrangement.
プールされたサンプルは、各ビーズがフォワード及びリバース増幅プライマーを含むビーズ上で増幅され得る。特定の実施形態では、断片−アダプター分子のライブラリーは、固相増幅、より具体的には固相等温増幅により、米国特許出願公開第2005/0100900号明細書、米国特許第7,115,400号明細書、国際公開第00/18957号パンフレット及び国際公開第98/44151号パンフレットに記載されているものに類似する核酸コロニーのクラスター化アレイを調製するために使用される。用語「クラスター」及び「コロニー」は、本明細書では、複数の同一の固定化核酸鎖及び複数の同一の固定化相補的核酸鎖からなる固体支持体上の別個の部位を指すために、互換的に使用される。用語「クラスター化アレイ」は、このようなクラスター又はコロニーから形成されるアレイを指す。この文脈において、用語「アレイ」は、クラスターの順序付けられた配置を必要とするものとして理解されるべきではない。 Pooled samples can be amplified on beads where each bead contains a forward and reverse amplification primer. In certain embodiments, a library of fragment-adapter molecules is prepared by solid phase amplification, more specifically solid phase isothermal amplification, US Patent Application Publication No. 2005/0100900, US Patent No. 7,115,400. It is used to prepare a clustered array of nucleic acid colonies similar to those described in the specification, WO 00/18957 and WO 98/44151. The terms “cluster” and “colony” are used interchangeably herein to refer to distinct sites on a solid support that are composed of multiple identical immobilized nucleic acid strands and multiple identical immobilized complementary nucleic acid strands. To be used. The term "clustered array" refers to an array formed from such clusters or colonies. In this context, the term "array" should not be understood as requiring an ordered arrangement of clusters.
用語「固相」又は「表面」は、プライマーが平坦な表面(例えば、ガラス、シリカ又はプラスチック顕微鏡スライド又は類似のフローセルデバイス)に付着される平面アレイ;1つ又は2つのプライマーがビーズに付着され、ビーズが増幅されるビーズ;又はビーズが増幅された後の表面上のビーズのアレイのいずれかを意味するために使用される。 The term "solid phase" or "surface" refers to a planar array in which primers are attached to a flat surface (eg, glass, silica or plastic microscope slides or similar flow cell devices); one or two primers are attached to beads. , Beads to which the beads are amplified; or an array of beads on the surface after the beads have been amplified.
クラスター化アレイは、国際公開第98/44151号パンフレットに記載されているようなサーモサイクリングのプロセス、又は温度が一定に維持され、伸長及び変性のサイクルが試薬の変更を用いて行われるプロセスのいずれかを用いて調製することができる。このような等温増幅法は、特許出願番号、国際公開第02/46456号パンフレット及び米国特許出願公開第2008/0009420号パンフレットに記載されている。等温プロセスにおいて有用なより低い温度のために、これは特に好ましい。 Clustered arrays are either processes of thermocycling as described in WO 98/44151 or processes in which the temperature is kept constant and the cycles of extension and denaturation are carried out with the modification of reagents. It can be prepared using Such an isothermal amplification method is described in patent application number WO 02/46456 and US patent application WO 2008/0009420. This is particularly preferred because of the lower temperatures useful in isothermal processes.
本明細書に記載されるか、又は当技術分野で一般に知られている増幅方法論のいずれも、固定化されたDNA断片を増幅するために、汎用プライマー又は標的特異的プライマーと共に使用することができることを理解するであろう。増幅のための適切な方法としては、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、鎖置換増幅(SDA)、転写媒介増幅(TMA)及びその全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第8,003,354号明細書に記載されるような核酸配列ベースの増幅(NASBA)が挙げられるが、これらに限定されない。上記の増幅方法は、目的の1つ以上の核酸を増幅するために使用され得る。例えば、マルチプレックスPCR、SDA、TMA、NASBAなどを含むPCRを用いて、固定化DNA断片を増幅することができる。いくつかの実施形態では、目的のポリヌクレオチドに特異的に指向されるプライマーは、増幅反応に含まれる。 Any of the amplification methodologies described herein or generally known in the art can be used with a universal or target-specific primer to amplify an immobilized DNA fragment. Will understand. Suitable methods for amplification include Polymerase Chain Reaction (PCR), Strand Displacement Amplification (SDA), Transcription Mediated Amplification (TMA) and US Pat. No. 8,003,033, which is incorporated herein by reference in its entirety. Nucleic acid sequence-based amplification (NASBA) as described in US Pat. No. 354,354, but is not limited thereto. The amplification methods described above can be used to amplify one or more nucleic acids of interest. For example, the immobilized DNA fragment can be amplified using PCR including multiplex PCR, SDA, TMA, NASBA and the like. In some embodiments, a primer specifically directed to the polynucleotide of interest is included in the amplification reaction.
ポリヌクレオチドの増幅のための他の適切な方法は、オリゴヌクレオチド伸長及び連結、ローリングサークル増幅(RCA)(Lizardi et al.、Nat.Genet.19:225−232(1998))及びオリゴヌクレオチド連結アッセイ(OLA)(一般に、米国特許第7,582,420号明細書、同第5,185,243号明細書、同第5,679,524号明細書及び同第5,573,907号明細書;欧州特許第0 320 308 B1号明細書;欧州特許第0 336 731 B1号明細書;欧州特許第0 439 182 B1号明細書;国際公開第90/01069号パンフレット;国際公開第89/12696号パンフレット;並びに国際公開第89/09835号パンフレットを参照されたい)技術を含み得る。これらの増幅方法論は、固定化DNA断片を増幅するように設計され得ることが理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、増幅方法は、目的の核酸に特異的に指向されるプライマーを含む連結プローブ増幅又はオリゴヌクレオチド連結アッセイ(OLA)反応を含み得る。いくつかの実施形態では、増幅方法は、目的の核酸に特異的に指向されるプライマーを含むプライマー伸長−連結反応を含み得る。目的の核酸を増幅するために特異的に設計され得るプライマー伸長及び連結プライマーの非限定的な例として、増幅は、米国特許第7,582,420号明細書及び同第7,611,869号明細書によって例示されるように、GoldenGateアッセイ(Illumina、Inc.、San Diego、CA)のために使用されるプライマーを含み得る。 Other suitable methods for amplification of polynucleotides include oligonucleotide extension and ligation, rolling circle amplification (RCA) (Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998)) and oligonucleotide ligation assays. (OLA) (generally US Pat. Nos. 7,582,420, 5,185,243, 5,679,524 and 5,573,907. EP 0 320 308 B1; EP 0 336 731 B1; EP 0 439 182 B1; WO 90/01069 pamphlet; WO 89/12696 Pamphlet; as well as WO 89/09835 pamphlet) technology. It will be appreciated that these amplification methodologies can be designed to amplify immobilized DNA fragments. For example, in some embodiments, the amplification method can include a ligation probe amplification or an oligonucleotide ligation assay (OLA) reaction that includes a primer that is specifically directed to the nucleic acid of interest. In some embodiments, the amplification method can include a primer extension-ligation reaction that includes a primer that is specifically directed to the nucleic acid of interest. As a non-limiting example of primer extension and ligation primers that can be specifically designed to amplify a nucleic acid of interest, amplification is described in US Pat. Nos. 7,582,420 and 7,611,869. As exemplified by the specification, it may include primers used for the GoldenGate assay (Illumina, Inc., San Diego, CA).
本開示の方法において使用され得る例示的な等温増幅方法は、例えば、Dean et al.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 99:5261−66(2002)によって例示されるような多重置換増幅(MDA)、又は、例えば米国特許第6,214,587号明細書によって例示される等温鎖置換核酸増幅を含むが、これらに限定されない。本開示において使用され得る他の非PCRベースの方法は、例えば、Walker et al.、Molecular Methods for Virus Detection、Academic Press、Inc.、1995;米国特許第5,455,166号明細書、及び同第5,130,238号明細書、並びにWalker et al.、Nucl.Acids Res.20:1691−96(1992)に記載される鎖置換増幅(SDA)、又は、例えば、Lage et al.、Genome Res. 13:294−307(2003)に記載される超分岐鎖置換増幅を含む。等温増幅法は、鎖置換Phi 29ポリメラーゼ又はBst DNAポリメラーゼ大断片、ゲノムDNAのランダムプライマー増幅のための5’−>3’エキソと共に使用され得る。これらのポリメラーゼの使用は、それらの高い反応促進性及び鎖置換活性を利用する。高い反応促進性は、ポリメラーゼが長さ10〜20kbの断片を産生するようにする。上記のように、より小さい断片は、Klenowポリメラーゼのような低い反応促進性及び鎖置換活性を有するポリメラーゼを使用して、等温条件下で産生され得る。増幅反応、条件及び成分のさらなる説明は、米国特許第7,670,810号明細書の開示に詳細に記載されている。 Exemplary isothermal amplification methods that can be used in the methods of the present disclosure are described, for example, in Dean et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99:5261-66 (2002), or Multiple Isolation Amplification (MDA), as exemplified by US Pat. No. 6,214,587, for example. Not limited to. Other non-PCR based methods that can be used in the present disclosure are described, for example, in Walker et al. , Molecular Methods for Virus Detection, Academic Press, Inc. 1995; U.S. Pat. Nos. 5,455,166 and 5,130,238; and Walker et al. , Nucl. Acids Res. 20:1691-96 (1992), or strand displacement amplification (SDA), or, for example, Lage et al. , Genome Res. 13:294-307 (2003). The isothermal amplification method can be used with strand-displacing Phi 29 polymerase or Bst DNA polymerase large fragments, 5'->3' exo for random primer amplification of genomic DNA. The use of these polymerases takes advantage of their high propensity and strand displacement activity. The high kinetic properties allow the polymerase to produce fragments of 10-20 kb in length. As noted above, smaller fragments can be produced under isothermal conditions using a polymerase with low propensity and strand displacement activity such as Klenow polymerase. Further description of amplification reactions, conditions and components are described in detail in the disclosure of US Pat. No. 7,670,810.
本開示において有用な別のポリヌクレオチド増幅方法は、例えば、Grothues et al.Nucleic Acids Res.21(5):1321−2(1993)に記載されるように、定常5’領域、続いてランダム3’領域を有する2ドメインプライマーの集団を使用するTagged PCRである。第一ラウンドの増幅を行って、ランダムに合成された3’領域からの個々のハイブリダイゼーションに基づいて、熱変性DNAについての開始の多重度を可能とする。3’領域の性質により、開始部位は、ゲノム全体にわたってランダムであると考えられる。その後、結合していないプライマーを除去することができ、定常5’領域に相補的なプライマーを使用してさらなる複製を行うことができる。 Alternative polynucleotide amplification methods useful in the present disclosure are described, for example, in Grothues et al. Nucleic Acids Res. 21(5):1321-2 (1993), Tagged PCR using a population of 2-domain primers with a constant 5'region followed by a random 3'region. A first round of amplification is performed to allow a multiplicity of initiation for heat denatured DNA based on individual hybridizations from randomly synthesized 3'regions. Due to the nature of the 3'region, the start site appears to be random throughout the genome. The unbound primer can then be removed and the primer complementary to the constant 5'region can be used for further replication.
いくつかの実施形態では、等温増幅は、排除増幅(ExAmp)とも呼ばれる動力学排除増幅(KEA)を用いて行うことができる。本開示の核酸ライブラリーは、増幅試薬を反応させて、各々が、部位を播種した個々の標的核酸からのアンプリコンの実質的にクローン性の集団を含む複数の増幅部位を産生する工程を含む方法を用いて作製され得る。いくつかの実施形態では、増幅反応は、各々の増幅部位の容量を満たすのに十分な数のアンプリコンが生成されるまで進行する。このようにして、既に播種された部位を容量まで満たすことは、標的核酸がその部位に着地し増幅し、それによってその部位にアンプリコンのクローン集団を生成することを阻害する。いくつかの実施形態では、第2の標的核酸が部位に到達する前に、増幅部位が容量まで満たされていなくても、見かけのクローン性を達成することができる。いくつかの条件下では、第1の標的核酸の増幅は、部位に輸送される第2の標的核酸からのコピーの産生を効果的に上回るか、又は圧倒するのに十分な数のコピーが作製される点まで進行し得る。例えば、直径500nm未満の円形フィーチャ上で架橋増幅プロセスを用いる実施形態において、第1の標的核酸についての14サイクルの指数関数的増幅の後、同じ部位での第2の標的核酸からの汚染は、Illumina配列決定プラットフォーム上での合成分析による配列決定に悪影響を及ぼすには、不十分な数の汚染アンプリコンを生成することが決定された。 In some embodiments, isothermal amplification can be performed using kinetic exclusion amplification (KEA), also called exclusion amplification (ExAmp). Nucleic acid libraries of the present disclosure include reacting amplification reagents to produce a plurality of amplification sites each containing a substantially clonal population of amplicons from individual target nucleic acid seeded sites. Can be made using the method. In some embodiments, the amplification reaction proceeds until a sufficient number of amplicons are produced to fill the volume of each amplification site. In this way, filling an already seeded site to volume prevents the target nucleic acid from landing and amplifying at that site, thereby producing a clonal population of amplicons at that site. In some embodiments, apparent clonality can be achieved even if the amplification site is not filled to capacity before the second target nucleic acid reaches the site. Under some conditions, amplification of the first target nucleic acid effectively produces or creates a sufficient number of copies to overwhelm the production of copies from the second target nucleic acid that is transported to the site. You can proceed to the point where it is done. For example, in an embodiment that uses a cross-linking amplification process on circular features with diameters less than 500 nm, after 14 cycles of exponential amplification for the first target nucleic acid, contamination from the second target nucleic acid at the same site is It was determined to produce an insufficient number of contaminating amplicons to adversely affect sequencing by synthetic analysis on the Illumina sequencing platform.
いくつかの実施形態では、アレイ中の増幅部位は、完全にクローン性であり得るが、その必要はない。むしろ、いくつかの適用について、個々の増幅部位は、第1の断片−アダプター分子由来のアンプリコンで主に集団化され得、また、第2の標的核酸由来の低レベルの混入アンプリコンを有し得る。アレイは、汚染レベルがアレイのその後の使用に許容できない影響を及ぼさない限り、低レベルの汚染アンプリコンを有する1つ以上の増幅部位を有することができる。例えば、アレイが検出用途で使用される場合、許容され得る汚染のレベルは、許容できない方法で検出技術の信号対雑音又は分解能に影響を与えないレベルである。従って、見かけのクローン性は、一般に、本明細書に記載される方法によって作製されるアレイの特定の使用又は適用に関連する。特定の適用のために個々の増幅部位で許容され得る汚染の例示的なレベルには、多くとも0.1%、0.5%、1%、5%、10%又は25%の汚染アンプリコンが含まれるが、これらに限定されない。アレイは、これらの例示的なレベルの汚染アンプリコンを有する1つ以上の増幅部位を含むことができる。例えば、アレイ中の増幅部位の5%、10%、25%、50%、75%、又はさらには100%までが、いくつかの汚染アンプリコンを有し得る。部位のアレイ又は他のコレクションにおいて、少なくとも50%、75%、80%、85%、90%、95%又は99%以上の部位がクローン性であり得るか、又は明らかにクローン性であり得ることが理解される。 In some embodiments, the amplification sites in the array can, but need not, be fully clonal. Rather, for some applications, individual amplification sites can be predominantly clustered with amplicons from the first fragment-adaptor molecule and also have low levels of contaminating amplicons from the second target nucleic acid. You can An array can have one or more amplification sites with low levels of contaminating amplicons, as long as the level of contamination does not unacceptably affect subsequent use of the array. For example, if the array is used in a detection application, acceptable levels of contamination are levels that do not affect the signal-to-noise or resolution of the detection technique in an unacceptable manner. Thus, apparent clonality is generally associated with a particular use or application of arrays produced by the methods described herein. Exemplary levels of contamination that may be tolerated at individual amplification sites for a particular application include at most 0.1%, 0.5%, 1%, 5%, 10% or 25% of the contamination amplicon. But is not limited to. The array can include one or more amplification sites with these exemplary levels of contaminating amplicons. For example, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, or even 100% of the amplification sites in the array may have some contaminating amplicons. At least 50%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% or 99% or more of the sites in the array of sites or other collections may be clonal, or may be apparently clonal Is understood.
いくつかの実施形態では、動力学排除は、プロセスが別の事象又はプロセスが起こるのを効果的に排除するのに十分に迅速な速度で起こる場合に起こり得る。例えば、アレイの部位が溶液からの断片−アダプター分子でランダムに播種され、断片−アダプター分子のコピーが増幅プロセスにおいて生成されて、播種された部位の各々を容量まで満たす核酸アレイの作製を考える。本開示の動力学排除方法によれば、播種及び増幅プロセスは、増幅速度が播種速度を超える条件下で同時に進行し得る。このようにして、コピーが第1の標的核酸によって播種された部位で作製される比較的迅速な速度は、増幅のために部位を播種することから第2の核酸を効果的に排除する。動力学排除増幅法は、米国特許出願公開第2013/0338042号明細書の開示に詳細に記載されているように実施することができる。 In some embodiments, kinetic exclusion can occur when the process occurs at a rate rapid enough to effectively eliminate another event or process from occurring. For example, consider the creation of a nucleic acid array in which the sites of the array are randomly seeded with fragment-adaptor molecules from solution and copies of the fragment-adaptor molecules are generated in the amplification process to fill each of the seeded sites to capacity. According to the kinetic exclusion method of the present disclosure, the seeding and amplification process can proceed simultaneously under conditions where the amplification rate exceeds the seeding rate. In this way, the relatively rapid rate at which copies are made at the site seeded with the first target nucleic acid effectively excludes the second nucleic acid from seeding the site for amplification. The kinetic exclusion amplification method can be performed as described in detail in the disclosure of US Patent Application Publication No. 2013/0338042.
動力学排除は、増幅を開始するための比較的遅い速度(例えば、断片−アダプター分子の第1のコピーを作製する遅い速度)、対、断片−アダプター分子(又は断片−アダプター分子の第1のコピー)のその後のコピーを作製するための比較的速い速度を利用し得る。前の段落の例において、動力学排除は、断片−アダプター分子播種の比較的遅い速度(例えば、比較的遅い拡散又は輸送)、対、断片−アダプターシードのコピーで部位を満たすために増幅が生じる比較的速い速度に起因して生じる。別の例示的な実施形態では、動力学排除は、部位に播種されている断片−アダプター分子の第1のコピーの形成の遅延(例えば、遅延又は遅い活性化)、対、後続のコピーが作製されて部位を満たす比較的迅速な速度に起因して生じ得る。この例では、いくつかの異なる断片−アダプター分子が個々の部位に播種されている可能性がある(例えば、増幅前にいくつかの断片−アダプター分子が各部位に存在する可能性がある)。しかしながら、任意の所定の断片−アダプター分子についての第1のコピー形成は、第1のコピー形成の平均速度が後続のコピーが生成される速度と比較して比較的遅いように、ランダムに活性化され得る。この場合、個々の部位にいくつかの異なる断片−アダプター分子が播種されている可能性があるが、動力学排除により、これらの断片−アダプター分子のうちの1つのみが増幅できるであろう。より具体的には、一旦第1の断片−アダプター分子が増幅のために活性化されると、その部位はそのコピーで容量を急速に満たし、それによって第2の断片−アダプター分子のコピーがその部位で作製されることを防止するであろう。 Kinetic exclusion is a relatively slow rate for initiating amplification (eg, a slow rate to make a first copy of a fragment-adaptor molecule) versus a fragment-adaptor molecule (or a first of fragment-adaptor molecule). A relatively high speed for making subsequent copies of (copy) may be utilized. In the example of the previous paragraph, kinetic exclusion results in a relatively slow rate of fragment-adapter molecule seeding (eg, relatively slow diffusion or transport), versus amplification to fill the site with a copy of the fragment-adaptor seed. It occurs due to the relatively high speed. In another exemplary embodiment, kinetic exclusion is delayed in the formation of the first copy of the fragment-adapter molecule seeded at the site (eg, delayed or slow activation), as opposed to subsequent copies. Can occur due to the relatively rapid rate at which the site is filled. In this example, several different fragment-adapter molecules may be seeded at individual sites (eg, several fragment-adapter molecules may be present at each site prior to amplification). However, the first copy formation for any given fragment-adapter molecule is randomly activated such that the average rate of first copy formation is relatively slow compared to the rate at which subsequent copies are produced. Can be done. In this case, it is possible that several individual fragment-adapter molecules were seeded at individual sites, but kinetics exclusion would only allow amplification of one of these fragment-adaptor molecules. More specifically, once the first fragment-adapter molecule has been activated for amplification, the site rapidly fills its volume with that copy, whereby a copy of the second fragment-adaptor molecule is obtained. It will prevent it being made at the site.
増幅試薬は、アンプリコン形成を促進し、場合によっては、アンプリコン形成の速度を増加させるさらなる成分を含むことができる。例は、リコンビナーゼである。リコンビナーゼは、繰り返しの侵入/伸長を可能にすることによって、アンプリコン形成を容易にし得る。より具体的には、リコンビナーゼは、ポリメラーゼによる断片−アダプター分子の侵入、及びアンプリコン形成のための鋳型として断片−アダプター分子を使用するポリメラーゼによるプライマーの伸長を容易にすることができる。このプロセスは、各ラウンドの侵入/伸長から産生されたアンプリコンが次のラウンドにおいて鋳型として役立つ連鎖反応として反復され得る。変性サイクル(例えば、加熱又は化学的変性を介する)は必要とされないので、このプロセスは標準的なPCRよりも迅速に行われ得る。そのようなものとして、リコンビナーゼ促進増幅は、等温的に行うことができる。増幅を容易にするために、リコンビナーゼ促進増幅試薬中にATP、又は他のヌクレオチド(又は場合によっては、その非加水分解性類似体)を含めることが一般に望ましい。リコンビナーゼ及び一本鎖結合(SSB)タンパク質の混合物は、SSBが増幅をさらに促進し得るので、特に有用である。リコンビナーゼ促進増幅のための例示的な製剤は、TwistDx(Cambridge、UK)によってTwistAmpキットとして商業的に販売されているものを含む。リコンビナーゼ促進増幅試薬の有用な成分及び反応条件は、米国特許第5,223,414号明細書及び米国特許第7,399,590号明細書に記載されている。 Amplification reagents can include additional components that promote and optionally increase the rate of amplicon formation. An example is recombinase. Recombinases may facilitate amplicons formation by allowing repeated invasion/elongation. More specifically, the recombinase can facilitate entry of the fragment-adapter molecule by the polymerase and extension of the primer by the polymerase using the fragment-adaptor molecule as a template for amplicon formation. This process can be repeated as a chain reaction in which the amplicon produced from each round of invasion/extension serves as a template in the next round. This process can be performed faster than standard PCR, as no denaturation cycle (eg, via heating or chemical denaturation) is required. As such, recombinase-promoted amplification can be performed isothermally. It is generally desirable to include ATP, or other nucleotides (or, in some cases, non-hydrolyzable analogs thereof) in the recombinase-enhanced amplification reagents to facilitate amplification. Mixtures of recombinase and single chain binding (SSB) proteins are particularly useful as SSB can further facilitate amplification. Exemplary formulations for recombinase-stimulated amplification include those sold commercially by TwistDx (Cambridge, UK) as the TwistAmp kit. Useful components of the recombinase-enhanced amplification reagents and reaction conditions are described in US Pat. No. 5,223,414 and US Pat. No. 7,399,590.
アンプリコン形成を促進し、場合によっては、アンプリコン形成速度を増加させるために増幅試薬に含まれ得る成分の別の例は、ヘリカーゼである。ヘリカーゼは、アンプリコン形成の連鎖反応を可能にすることによって、アンプリコン形成を促進することができる。変性サイクル(例えば、加熱又は化学的変性を介する)は必要とされないので、このプロセスは標準的なPCRよりも迅速に行われ得る。そのようなものとして、ヘリカーゼ促進増幅は、等温的に行うことができる。ヘリカーゼ及び一本鎖結合(SSB)タンパク質の混合物は、SSBが増幅をさらに促進し得るので、特に有用である。ヘリカーゼ促進増幅のための例示的な製剤は、Biohelix(Beverly、MA)からIsoAmpキットとして商業的に販売されているものを含む。さらに、ヘリカーゼタンパク質を含む有用な製剤の例は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第7,399,590号明細書及び米国特許第7,829,284号明細書に記載されている。 Another example of a component that can be included in an amplification reagent to promote amplicon formation and, in some cases, to increase the rate of amplicon formation is helicase. Helicases can facilitate amplicon formation by allowing the chain reaction of amplicon formation. This process can be performed faster than standard PCR, as no denaturation cycle (eg, via heating or chemical denaturation) is required. As such, helicase-promoted amplification can be performed isothermally. Mixtures of helicase and single chain binding (SSB) proteins are particularly useful as SSB can further enhance amplification. Exemplary formulations for helicase-enhanced amplification include those commercially sold as BioAmp kits from Biohelix (Beverly, MA). Further, examples of useful formulations containing helicase proteins are described in US Pat. No. 7,399,590 and US Pat. No. 7,829,284, which are incorporated herein by reference in their entirety. Has been done.
アンプリコン形成を促進し、場合によっては、アンプリコン形成速度を増加させるために増幅試薬中に含まれ得る成分のさらに別の例は、起源結合タンパク質である。 Yet another example of a component that can be included in an amplification reagent to promote amplicon formation and, in some cases, increase the rate of amplicon formation is a source binding protein.
断片−アダプター分子の表面への付着に続いて、固定化され増幅された断片−アダプター分子の配列が決定される。配列決定は、任意の適切な配列決定技術を使用して実施することができ、鎖再合成を含む、固定化及び増幅された断片−アダプター分子の配列を決定するための方法は、当技術分野で既知であり、例えば、Bignell et al.(米国特許第8,053,192号明細書)、Gunderson et al.(国際公開第2016/130704号パンフレット)、Shen et al.(米国特許第8,895,249号明細書)、及びPipenburg et al.(米国特許第9,309,502号明細書)に記載される。 Following attachment of the fragment-adapter molecule to the surface, the sequence of the immobilized and amplified fragment-adaptor molecule is determined. Sequencing can be performed using any suitable sequencing technique, methods for determining the sequence of immobilized and amplified fragment-adapter molecules including strand resynthesis are described in the art. Are known in, for example, Bignell et al. (US Pat. No. 8,053,192), Gunderson et al. (International Publication No. 2016/130704 pamphlet), Shen et al. (U.S. Pat. No. 8,895,249), and Pipenburg et al. (US Pat. No. 9,309,502).
本明細書に記載される方法は、様々な核酸配列決定技術と併せて使用することができる。特に適用可能な技術は、核酸がそれらの相対的な位置が変化しないように、アレイ中の固定された位置に付着され、アレイが繰り返し画像化される技術である。画像が例えば、1つのヌクレオチド塩基型を別のヌクレオチド塩基型と区別するために使用される異なる標識と一致する、異なる色チャネルで得られる実施形態が、特に適用可能である。いくつかの実施形態では、断片−アダプター分子のヌクレオチド配列を決定するためのプロセスは、自動化プロセスであり得る。好ましい実施形態は、合成による配列決定(「SBS」)技術を含む。 The methods described herein can be used in conjunction with various nucleic acid sequencing techniques. A particularly applicable technique is that in which nucleic acids are attached to fixed locations in the array such that their relative positions do not change and the array is repeatedly imaged. The embodiment in which the image is obtained in different color channels, for example, where the images are matched with different labels used to distinguish one nucleotide base type from another is particularly applicable. In some embodiments, the process for determining the nucleotide sequence of the fragment-adapter molecule can be an automated process. Preferred embodiments include synthetic sequencing ("SBS") techniques.
SBS技術は、一般に、鋳型鎖に対するヌクレオチドの反復的付加を介する新生核酸鎖の酵素的伸長を含む。SBSの伝統的な方法において、単一ヌクレオチドモノマーは、各供給においてポリメラーゼの存在下で標的ヌクレオチドに提供され得る。しかしながら、本明細書に記載される方法では、一送達においてポリメラーゼの存在下で、2種類以上のヌクレオチドモノマーが標的核酸に提供され得る。 SBS technology generally involves the enzymatic extension of a nascent nucleic acid strand through the repeated addition of nucleotides to a template strand. In the traditional method of SBS, a single nucleotide monomer can be provided to a target nucleotide in the presence of a polymerase at each feed. However, the methods described herein may provide more than one nucleotide monomer to the target nucleic acid in the presence of a polymerase in one delivery.
一実施形態において、ヌクレオチドモノマーは、ロックト核酸(LNA)又は架橋核酸(BNA)を含む。断片−アダプター分子が、トランスポソーム複合体からの移送鎖中にシトシン枯渇ヌクレオチド配列が存在する場合に生じるような、1つ以上のシトシン枯渇ヌクレオチド配列を使用して産生される場合、シトシン枯渇領域にハイブリダイズするヌクレオチドモノマーの融解温度が変化する。ヌクレオチドモノマーにおけるLNA又はBNAの使用は、固定化された断片−アダプター分子上に存在するヌクレオチドモノマーと配列決定プライマー配列との間のハイブリダイゼーション強度を増加させる。 In one embodiment, the nucleotide monomer comprises locked nucleic acid (LNA) or bridging nucleic acid (BNA). If the fragment-adapter molecule is produced using one or more cytosine-depleted nucleotide sequences, such as occurs when there are cytosine-depleted nucleotide sequences in the transport chain from the transposome complex, the The melting temperature of the hybridizing nucleotide monomer changes. The use of LNA or BNA in the nucleotide monomer increases the hybridization strength between the nucleotide monomer present on the immobilized fragment-adaptor molecule and the sequencing primer sequence.
SBSは、ターミネーター部分を有するヌクレオチドモノマー、又はターミネーター部分を欠くヌクレオチドモノマーを使用することができる。ターミネーターを欠くヌクレオチドモノマーを利用する方法としては、例えば、以下にさらに詳細に記載されるように、γ−リン酸標識ヌクレオチドを使用するパイロシークエンシング及び配列決定が挙げられる。ターミネーターを欠くヌクレオチドモノマーを使用する方法において、各サイクルにおいて付加されるヌクレオチドの数は、一般に可変であり、鋳型配列及びヌクレオチド送達の様式に依存する。ターミネーター部分を有するヌクレオチドモノマーを使用するSBS技術について、ターミネーターは、ジデオキシヌクレオチドを使用する従来のSanger配列決定の場合のように、使用される配列決定条件下で効果的に不可逆であり得るか、又はターミネーターは、Solexa(現在、Illumina、Inc.)によって開発された配列決定方法の場合のように、可逆であり得る。 SBS can use nucleotide monomers having a terminator moiety or nucleotide monomers lacking a terminator moiety. Methods utilizing nucleotide monomers lacking terminators include, for example, pyrosequencing and sequencing using γ-phosphate labeled nucleotides, as described in further detail below. In methods using nucleotide monomers lacking terminators, the number of nucleotides added in each cycle is generally variable and depends on the template sequence and the mode of nucleotide delivery. For SBS technology that uses a nucleotide monomer with a terminator moiety, the terminator can be effectively irreversible under the sequencing conditions used, as in conventional Sanger sequencing using dideoxynucleotides, or The terminator may be reversible, as is the case with the sequencing method developed by Solexa (now Illumina, Inc.).
SBS技術は、標識部分を有するヌクレオチドモノマー、又は標識部分を欠くヌクレオチドモノマーを使用することができる。従って、取り込み事象は、標識の特徴(例えば、標識の蛍光);ヌクレオチドモノマーの特徴(例えば、分子量又は電荷);ヌクレオチドの取り込みの副産物(例えば、ピロリン酸の放出)などに基づいて検出され得る。2つ以上の異なるヌクレオチドが配列決定試薬中に存在する実施形態において、異なるヌクレオチドは、互いに区別可能であり得るか、又は代わりに、2つ以上の異なる標識は、使用される検出技術の下で区別不可能であり得る。例えば、配列決定試薬中に存在する異なるヌクレオチドは、異なる標識を有し得、それらは、Solexa(現在、Illumina、Inc.)によって開発された配列決定方法によって例示されるように、適切な光学を使用して区別され得る。 SBS technology can use nucleotide monomers with or without labeling moieties. Thus, uptake events can be detected based on characteristics of the label (eg, fluorescence of the label); characteristics of nucleotide monomers (eg, molecular weight or charge); byproducts of nucleotide incorporation (eg, release of pyrophosphate). In embodiments where two or more different nucleotides are present in the sequencing reagent, the different nucleotides may be distinguishable from each other, or alternatively, the two or more different labels may be labeled under the detection technique used. It can be indistinguishable. For example, the different nucleotides present in the sequencing reagents can have different labels, which will have the appropriate optics, as exemplified by the sequencing method developed by Solexa (now Illumina, Inc.). Can be distinguished using.
好ましい実施形態は、パイロシークエンシング技術を含む。パイロシークエンシングは、特定のヌクレオチドが新生鎖に組み込まれる際の無機ピロリン酸(PPi)の放出を検出する(Ronaghi、M.、Karamohamed、S.、Pettersson、B.、Uhlen、M.and Nyren.、P(1996)「Real−time DNA sequencing using pyrophosphate release.」Analytical Biochemistry 242(1)、84−9;Ronaghi、M.(2001)「Pyrosequencing sheds light on DNA sequencing.」Genome Res.11(1)、3−11;Ronaghi、M.、Uhlen、M.and Nyren、P.(1998)「A sequencing method based on real−time pyrophosphate.」Science 281(5375)、363;米国特許第6,210,891号明細書;同第6,258,568号明細書及び同第6,274,320号明細書)。パイロシークエンシングにおいて、放出されたPPiは、ATPスルファターゼによってアデノシン三リン酸(ATP)に直ちに変換されることによって検出され得、生成されたATPのレベルは、ルシフェラーゼ産生光子を介して検出される。配列決定されるべき核酸は、アレイ中のフィーチャに付着され得、アレイは、アレイのフィーチャにおけるヌクレオチドの取り込みに起因して生成される化学発光シグナルを捕捉するために画像化され得る。アレイを特定のヌクレオチド型(例えば、A、T、C又はG)で処理した後、画像を得ることができる。各ヌクレオチド型の添加後に得られる画像は、アレイ中のどのフィーチャが検出されるかに関して異なるであろう。画像におけるこれらの差は、アレイ上のフィーチャの異なる配列内容を反映する。しかしながら、各フィーチャの相対的な位置は、画像において変化しないままである。画像は、本明細書に記載される方法を用いて保存され、処理され、分析され得る。例えば、異なる各ヌクレオチド型でアレイを処理した後に得られた画像は、可逆的ターミネーターに基づく配列決定法のための異なる検出チャネルから得られた画像について本明細書に例示されるのと同じ方法で取り扱うことができる。 Preferred embodiments include pyrosequencing techniques. Pyrosequencing detects the release of inorganic pyrophosphate (PPi) when specific nucleotides are incorporated into the nascent chain (Ronaghi, M., Karamohamed, S., Petersson, B., Uhlen, M. and Nyren. , P (1996) "Real-time DNA sequencing using pyrophosphate release." Analytical Biochemistry 242(1), 84-9; , 3-11; Ronaghi, M., Uhlen, M. and Nyren, P. (1998), "A sequencing method based on real-time pyrophosphate." Science 281 (5375), 363; Nos. 6,258,568 and 6,274,320). In pyrosequencing, released PPi can be detected by immediate conversion to adenosine triphosphate (ATP) by ATP sulfatase, and the level of ATP produced is detected via luciferase-producing photons. Nucleic acids to be sequenced can be attached to features in the array and the array can be imaged to capture the chemiluminescent signal generated due to the incorporation of nucleotides in the features of the array. Images can be obtained after treating the array with a particular nucleotide type (eg, A, T, C, or G). The images obtained after addition of each nucleotide type will differ as to which features in the array will be detected. These differences in the image reflect the different array content of the features on the array. However, the relative position of each feature remains unchanged in the image. The images can be stored, processed and analyzed using the methods described herein. For example, the images obtained after processing the array with each different nucleotide type are in the same manner as exemplified herein for images obtained from different detection channels for reversible terminator-based sequencing methods. It can be handled.
SBSの別の例示的な型において、サイクル配列決定は、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、国際公開第04/018497号パンフレット及び米国特許第7,057,026号明細書に記載されるように、例えば、切断可能又は光漂白可能な色素標識を含む可逆的ターミネーターヌクレオチドの段階的添加によって達成される。このアプローチは、Solexa(現在、Illumina Inc.)によって商業化されており、国際公開第91/06678号パンフレット及び国際公開第07/123,744号パンフレットにも記載されている。終結を逆転させることができ、蛍光標識を切断することができる蛍光標識ターミネーターの利用可能性は、効率的な循環可逆的終結(cyclic reversible termination)(CRT)配列決定を容易にする。ポリメラーゼも、これらの改変ヌクレオチドを効率的に組み込み、これらから伸長するように同時操作され得る。 In another exemplary form of SBS, cycle sequencing is described, for example, in WO 04/018497 and US Pat. No. 7,057,026, which are incorporated herein by reference in their entirety. This is accomplished, for example, by the stepwise addition of reversible terminator nucleotides containing cleavable or photobleachable dye labels, as described. This approach has been commercialized by Solexa (now Illumina Inc.) and is also described in WO 91/06678 and WO 07/123,744. The availability of fluorescently labeled terminators that can reverse termination and cleave fluorescent labels facilitates efficient cyclic reversible termination (CRT) sequencing. Polymerases can also be co-engineered to efficiently incorporate and extend from these modified nucleotides.
好ましくは、可逆的ターミネーターに基づく配列決定の実施形態において、標識は、SBS反応条件下での伸長を実質的に阻害しない。しかし、検出標識は、例えば、切断又は分解によって除去可能であり得る。画像は、配列された核酸フィーチャへの標識の組み込み後に捕捉され得る。特定の実施形態では、各サイクルは、アレイへの4つの異なるヌクレオチド型の同時送達を含み、各ヌクレオチド型は、スペクトル的に異なる標識を有する。次に、4つの異なる標識のうちの1つに対して選択的な検出チャネルを各々使用して、4つの画像を取得することができる。或いは、異なるヌクレオチド型を連続的に添加することができ、アレイの画像を各添加工程の間に得ることができる。このような実施形態において、各画像は、特定の型のヌクレオチドが組み込まれた核酸フィーチャを示すであろう。異なるフィーチャは、各フィーチャの異なる配列内容のために、異なる画像に存在するか又は存在しない。しかしながら、フィーチャの相対的な位置は、画像において変化しないままであろう。このような可逆的ターミネーター−SBS法から得られた画像は、本明細書に記載されるように、保存され、処理され、分析され得る。画像捕捉段階に続いて、標識を除去することができ、可逆的ターミネーター部分を、ヌクレオチド付加及び検出のその後のサイクルのために除去することができる。標識が特定のサイクルで検出された後、後続のサイクルの前に標識を除去することは、バックグラウンド信号及びサイクル間のクロストークを低減するという利点を提供することができる。有用な標識及び除去方法の例は、以下に記載されている。 Preferably, in the reversible terminator-based sequencing embodiment, the label does not substantially inhibit extension under SBS reaction conditions. However, the detection label may be removable, for example by cleavage or degradation. The image can be captured after incorporation of the label into the arrayed nucleic acid features. In certain embodiments, each cycle comprises co-delivery of four different nucleotide types to the array, each nucleotide type having a spectrally distinct label. Then, four images can be acquired, each using a detection channel selective for one of four different labels. Alternatively, the different nucleotide types can be added sequentially and an image of the array can be obtained during each addition step. In such an embodiment, each image will show nucleic acid features that incorporate a particular type of nucleotide. Different features may or may not be present in different images due to the different array content of each feature. However, the relative positions of the features will remain unchanged in the image. Images obtained from such a reversible terminator-SBS method can be stored, processed and analyzed as described herein. Following the image capture step, the label can be removed and the reversible terminator moiety can be removed for subsequent cycles of nucleotide addition and detection. Removing the label after it has been detected in a particular cycle and before subsequent cycles can provide the advantage of reducing background signal and crosstalk between cycles. Examples of useful labeling and removal methods are described below.
特定の実施形態では、ヌクレオチドモノマーのいくつか又は全ては、可逆的ターミネーターを含むことができる。このような実施形態において、可逆的ターミネーター/切断可能フルオロフォアは、3’エステル結合を介してリボース部分に結合されたフルオロフォアを含み得る(Metzker、Genome Res.15:1767−1776(2005))。別のアプローチは、蛍光標識の切断からターミネーター化学を分離している(Ruparel et al.、Proc Natl Acad Sci USA 102:5932−7(2005))。Ruparel et al.は、伸長をブロックするために小さな3’アリル基を使用した可逆的ターミネーターの開発を記載したが、パラジウム触媒による短時間の処理によって容易に脱ブロックすることができた。フルオロフォアを、長波長UV光への30秒の暴露によって容易に切断され得る光切断可能なリンカーを介して塩基に付着させた。従って、ジスルフィド還元又は光切断のいずれかを切断可能なリンカーとして使用することができる。可逆的終結に対する別のアプローチは、dNTP上に嵩高い色素を配置した後に起こる自然終結の使用である。dNTP上の帯電した嵩高い色素の存在は、立体障害及び/又は静電障害を通して有効なターミネーターとして作用することができる。1つの取り込み事象の存在は、色素が除去されない限り、さらなる取り込みを妨げる。色素の切断は、フルオロフォアを除去し、終結を効果的に逆転させる。修飾ヌクレオチドの例はまた、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第7,427,673号明細書及び同第7,057,026号明細書に記載されている。 In certain embodiments, some or all of the nucleotide monomers can include reversible terminators. In such embodiments, the reversible terminator/cleavable fluorophore may comprise a fluorophore attached to the ribose moiety via a 3'ester bond (Metzker, Genome Res. 15:1767-1776 (2005)). .. Another approach separates the terminator chemistry from the cleavage of fluorescent labels (Ruparel et al., Proc Natl Acad Sci USA 102:5932-7 (2005)). Ruparel et al. Described the development of a reversible terminator using a small 3'allyl group to block extension, but could be easily deblocked by a brief treatment with a palladium catalyst. The fluorophore was attached to the base via a photocleavable linker that can be easily cleaved by exposure to long wavelength UV light for 30 seconds. Thus, either disulfide reduction or photocleavage can be used as a cleavable linker. Another approach to reversible termination is the use of spontaneous termination that occurs after placing the bulky dye on dNTPs. The presence of charged bulky dyes on dNTPs can act as effective terminators through steric and/or electrostatic hindrance. The presence of one uptake event prevents further uptake unless the dye is removed. Cleavage of the dye removes the fluorophore and effectively reverses termination. Examples of modified nucleotides are also described in US Pat. Nos. 7,427,673 and 7,057,026, which are incorporated herein by reference in their entirety.
本明細書に記載される方法及びシステムと共に使用することができる追加の例示的なSBSシステム及び方法は、米国特許出願公開第2007/0166705号明細書、同第2006/0188901号明細書、同第2006/0240439号明細書、同第2006/0281109号明細書、同第2012/0270305号明細書、及び同第2013/0260372号明細書、米国特許第7,057,026号明細書、PCT国際公開第05/065814号パンフレット、米国特許出願公開第2005/0100900号明細書、及びPCT国際公開第06/064199号パンフレット及び国際公開第07/010,251号パンフレットに記載されている。 Additional exemplary SBS systems and methods that can be used with the methods and systems described herein are disclosed in US Patent Application Publication Nos. 2007/0166705, 2006/0188901, and No. 2006/0240439, No. 2006/0281109, No. 2012/0270305, and No. 2013/0260372, US Pat. No. 7,057,026, PCT International Publication No. 05/065814, U.S. Patent Application Publication No. 2005/0100900, and PCT International Publication No. 06/064199 and International Publication No. 07/010,251.
いくつかの実施形態は、4未満の異なる標識を使用して、4つの異なるヌクレオチドの検出を使用し得る。例えば、SBSは、米国特許出願公開第2013/0079232号明細書の組み込まれた材料に記載されている方法及びシステムを利用して実施することができる。第1の例として、ヌクレオチド型の対は、同じ波長で検出されるが、対の一方のメンバーについての強度の他方と比較した差異に基づいて、又は対の他方のメンバーについて検出されたシグナルと比較して見かけのシグナルを出現若しくは消失させる対の一方のメンバーへの変化(例えば、化学修飾、光化学修飾又は物理修飾を介する)に基づいて区別され得る。第2の例として、4つの異なるヌクレオチド型のうちの3つは、特定の条件下で検出され得、一方、第4のヌクレオチド型は、それらの条件下で検出可能であるか、又はそれらの条件下で最小限に検出される標識を欠く(例えば、バックグラウンド蛍光による最小限の検出など)。核酸への最初の3つのヌクレオチド型の組み込みは、それらの各々のシグナルの存在に基づいて決定され得、核酸への第4のヌクレオチド型の組み込みは、任意のシグナルの非存在又は最小限の検出に基づいて決定され得る。第3の例として、1つのヌクレオチド型は、2つの異なるチャネルにおいて検出される標識を含み得るが、他のヌクレオチド型は、チャネルのうちの1つ以下において検出される。上記3つの例示的な構成は、互いに排他的なものではなく、種々の組み合わせで用いることができる。全ての3つの例を組み合わせる例示的な実施形態は、第1のチャネルにおいて検出される第1のヌクレオチド型(例えば、第1の励起波長によって励起されたときに第1のチャネルにおいて検出される標識を有するdATP)、第2のチャネルにおいて検出される第2のヌクレオチド型(例えば、第2の励起波長によって励起されたときに第2のチャネルにおいて検出される標識を有するdCTP)、第1及び第2のチャネルの両方において検出される第3のヌクレオチド型(例えば、第1及び/又は第2の励起波長によって励起されたときに両方のチャネルにおいて検出される少なくとも1つの標識を有するdTTP)、並びにいずれかのチャネルにおいて検出されないか又は最小限に検出される標識を欠く第4のヌクレオチド型(例えば、標識を有さないdGTP)を使用する蛍光ベースのSBS方法である。 Some embodiments may use the detection of 4 different nucleotides using less than 4 different labels. For example, SBS can be implemented utilizing the methods and systems described in incorporated materials of US 2013/0079232. As a first example, a nucleotide-type pair is detected at the same wavelength, but based on the difference in intensity for one member of the pair compared to the other, or with the signal detected for the other member of the pair. Distinctions can be made based on changes to one member of the pair that result in the appearance or disappearance of the apparent signal (eg, via chemical, photochemical, or physical modification). As a second example, three of the four different nucleotide types can be detected under certain conditions, while the fourth nucleotide type is detectable under those conditions or their Lack of label that is minimally detected under conditions (eg, minimal detection by background fluorescence). The incorporation of the first three nucleotide types into the nucleic acid can be determined based on the presence of their respective signals, and the incorporation of the fourth nucleotide type into the nucleic acid results in the absence or minimal detection of any signal. Can be determined based on As a third example, one nucleotide type may include a label that is detected in two different channels, while other nucleotide types are detected in one or less of the channels. The above three exemplary configurations are not mutually exclusive and can be used in various combinations. An exemplary embodiment combining all three examples is a first nucleotide type detected in a first channel (eg, a label detected in a first channel when excited by a first excitation wavelength). With a second nucleotide type detected in a second channel (eg, dCTP with a label detected in a second channel when excited by a second excitation wavelength), a first and a second A third nucleotide type detected in both of the two channels (eg, dTTP with at least one label detected in both channels when excited by the first and/or second excitation wavelengths), and A fluorescence-based SBS method using a fourth nucleotide type that lacks a label that is not detected or minimally detected in either channel (eg, dGTP without a label).
さらに、米国特許出願公開第2013/0079232号明細書の組み込まれた材料に記載されているように、配列決定データは、単一チャネルを使用して得ることができる。このようないわゆる1色素配列決定アプローチでは、第1のヌクレオチド型は標識されるが、標識は、第1の画像が生成された後に除去され、第2のヌクレオチド型は、第1の画像が生成された後にのみ標識される。第3のヌクレオチド型は、第1及び第2の画像の両方においてその標識を保持し、第4のヌクレオチド型は、両方の画像において標識されないままである。 In addition, sequencing data can be obtained using a single channel, as described in incorporated material of US 2013/0079232. In such a so-called 1-dye sequencing approach, the first nucleotide type is labeled, but the label is removed after the first image is generated, and the second nucleotide type is labeled with the first image. Only after being labeled. The third nucleotide type retains its label in both the first and second images, and the fourth nucleotide type remains unlabeled in both images.
いくつかの実施形態は、連結技術による配列決定を使用することができる。このような技術は、DNAリガーゼを使用して、オリゴヌクレオチドを組み込み、このようなオリゴヌクレオチドの組み込みを同定する。オリゴヌクレオチドは、典型的には、オリゴヌクレオチドがハイブリダイズする配列中の特定のヌクレオチドの同一性と相関する異なる標識を有する。他のSBS方法と同様に、画像は、標識された配列決定試薬で核酸フィーチャのアレイを処理した後に得ることができる。各画像は、特定の型の標識が組み込まれた核酸フィーチャを示すであろう。異なるフィーチャは、各フィーチャの異なる配列内容のために、異なる画像に存在するか、又は存在しないが、フィーチャの相対的な位置は、画像において変化しないままであろう。連結に基づく配列決定方法から得られた画像は、本明細書に記載されるように、保存、処理及び分析され得る。本明細書に記載される方法及びシステムと共に使用することができる例示的なSBSシステム及び方法は、米国特許第6,969,488号明細書、同第6,172,218号明細書、及び同第6,306,597号明細書に記載されている。 Some embodiments may use sequencing by ligation techniques. Such techniques use DNA ligase to incorporate oligonucleotides and identify the incorporation of such oligonucleotides. Oligonucleotides typically have different labels that correlate with the identity of particular nucleotides in the sequence to which the oligonucleotide hybridizes. As with other SBS methods, images can be obtained after treating the array of nucleic acid features with labeled sequencing reagents. Each image will show nucleic acid features that incorporate a particular type of label. Different features may or may not be present in different images due to the different array content of each feature, but the relative position of the features will remain unchanged in the image. Images obtained from the ligation-based sequencing method can be stored, processed and analyzed as described herein. Exemplary SBS systems and methods that can be used with the methods and systems described herein are US Pat. Nos. 6,969,488, 6,172,218, and No. 6,306,597.
いくつかの実施形態は、ナノポア配列決定(Deamer、D.W.& Akeson、M.「Nanopores and nucleic acids:prospects foruLtrapid sequencing.」Trends Biotechnol.18、147−151(2000);Deamer、D.and D.Branton、「Characterization of nucleic acids by nanopore analysis.」Acc.Chem.Res.35:817−825(2002);Li、J.、M.Gershow、D.Stein、E.Brandin、and J.A.Golovchenko、「DNA molecules and configurations in a solid−state nanopore microscope」Nat.Mater.2:611−615(2003))。このような実施形態では、断片−アダプター分子は、ナノポアを通過する。ナノポアは、合成細孔又はα−溶血素のような生物学的膜タンパク質であり得る。断片−アダプター分子がナノポアを通過するとき、各塩基対は、細孔の電気コンダクタンスの変動を測定することによって同定され得る(米国特許第7,001,792号明細書;Soni、G.V.& Meller、「A.Progress towarduLtrafast DNA sequencing using solid−state nanopores.」Clin.Chem.53、1996−2001(2007);Healy、K.「Nanopore−based single−molecule DNA analysis.」Nanomed.2、459−481(2007);Cockroft、S.L.、Chu、J.、Amorin、M.& Ghadiri、M.R.「A single−molecule nanopore device detects DNA polymerase activity with single−nucleotide resolution.」J.Am.Chem.Soc.130、818−820(2008)の完全な開示は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる)。ナノポア配列決定から得られたデータは、本明細書に記載されるように、保存、処理及び分析することができる。特に、データは、本明細書に記載される光学画像及び他の画像の例示的な処理に従って、画像として扱うことができる。 Some embodiments are described in Nanopore Sequencing (Deamer, DW & Akeson, M. "Nanopores and nucleic acids: Prospects foruLtrapid sequencing." Trends Biotechnol. 18, 147- 151 2000; D. Branton, "Characterization of nucleic acids by nanopore analysis." Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li, J., M. Gershow, D. Stein, E. Brand. Golovchenko, "DNA molecules and configurations in a solid-state nanopore microscope," Nat. Mater. 2:611-615 (2003)). In such an embodiment, the fragment-adapter molecule passes through the nanopore. Nanopores can be biological pore proteins such as synthetic pores or α-hemolysin. As the fragment-adaptor molecule passes through the nanopore, each base pair can be identified by measuring the variation in the electrical conductance of the pore (US Pat. No. 7,001,792; Soni, GV. & Meller, "A. Progress towerdutrafast DNA sequencing using solid-state nanopores." Clin. Chem. 53, 1996-2001 (2007), 4; -481 (2007); Cockroft, SL, Chu, J., Amorin, M. & Ghadiri, MR, "A single-molecule nanodefects depletion activity-injection. Chem. Soc. 130, 818-820 (2008), the entire disclosures of which are incorporated herein by reference). The data obtained from nanopore sequencing can be stored, processed and analyzed as described herein. In particular, the data can be treated as an image according to the exemplary processing of optical images and other images described herein.
いくつかの実施形態は、DNAポリメラーゼ活性のリアルタイムモニタリングを含む方法を使用し得る。ヌクレオチドの取り込みは、例えば、双方が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第7,329,492号明細書及び同第7,211,414号明細書に記載されているように、フルオロフォアを有するポリメラーゼとγ−リン酸標識ヌクレオチドとの間の蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)相互作用によって検出することができ、又はヌクレオチド取り込みは、例えば、米国特許第7,315,019号明細書に記載されるようにゼロモード導波路を用いて、例えば、米国特許第7,405,281号明細書及び米国特許出願公開第2008/0108082号明細書に記載されているような蛍光ヌクレオチド類似体及び操作されたポリメラーゼを使用して検出され得る。照射は、蛍光標識されたヌクレオチドの取り込みが低いバックグラウンドで観察され得るように、表面繋留ポリメラーゼの周りのゼプトリットルスケールの体積に制限され得る(Levene、M.J.et al.、「Zero−mode waveguides for single−molecule analysis at high concentrations.」、Science 299、682−686(2003);Lundquist、P.M.et al.、「Parallel confocal detection of single molecules in real time.」Opt.Lett.33、1026−1028(2008);Korlach、J.et al.「Selective aluminum passivation for targeted immobilization of single DNA polymerase molecules in zero−mode waveguide nano structures.」 Proc.Natl.Acad.Sci.USA 105、1176−1181(2008))。このような方法から得られた画像は、本明細書に記載されるように、保存、処理及び分析され得る。 Some embodiments may use methods that include real-time monitoring of DNA polymerase activity. Incorporation of nucleotides is described, for example, in fluorophores as described in US Pat. Nos. 7,329,492 and 7,211,414, both of which are incorporated herein by reference. Can be detected by a fluorescence resonance energy transfer (FRET) interaction between a polymerase having a γ-phosphate labeled nucleotide or nucleotide incorporation is described, for example, in US Pat. No. 7,315,019. Using zero mode waveguides as described, fluorescent nucleotide analogs and manipulations such as those described in, for example, US Pat. No. 7,405,281 and US Pat. App. Pub. No. 2008/0108082. Detected polymerase can be used. Irradiation can be limited to the zeptoliter scale volume around the surface tethered polymerase so that incorporation of fluorescently labeled nucleotides can be observed in the low background (Levene, MJ et al., “Zero- mode waveguides for single-molecule analysis at high concentrations.", Science 299, 682-686 (2003); 1026-1028 (2008); Korlach, J. et al. (2008)). The images obtained from such methods can be stored, processed and analyzed as described herein.
いくつかのSBSの実施形態は、伸長産物へのヌクレオチドの組み込みに際して放出されるプロトンの検出を含む。例えば、放出されたプロトンの検出に基づく配列決定は、Ion Torrent(Guilford、CT、Life Technologiesの子会社)から市販されている電気検出器及び関連技術、又は米国特許出願公開第2009/0026082号明細書;同第2009/0127589号明細書、同第2010/0137143号明細書、及び同第2010/0282617号明細書に記載されている配列決定方法及びシステムを使用することができる。動力学排除を使用して標的核酸を増幅するための本明細書に記載される方法は、プロトンを検出するために使用される基質に容易に適用され得る。より具体的には、本明細書に記載される方法は、プロトンを検出するために使用されるアンプリコンのクローン集団を産生するために使用され得る。 Some SBS embodiments include detection of protons released upon incorporation of nucleotides into extension products. For example, sequencing based on the detection of released protons may be performed using electrical detectors and related techniques commercially available from Ion Torrent (Guilford, CT, a subsidiary of Life Technologies) or US Patent Application Publication No. 2009/0026082. The sequencing methods and systems described in 2009/0127589, 2010/0137143 and 2010/0282617 can be used. The methods described herein for amplifying target nucleic acids using kinetic exclusion can be readily applied to the substrate used to detect protons. More specifically, the methods described herein can be used to produce a clonal population of amplicons used to detect protons.
上記のSBS方法は、有利には、複数の異なる断片−アダプター分子が同時に操作されるような多重フォーマットで実施することができる。特定の実施形態では、異なる断片−アダプター分子は、共通の反応容器中で、又は特定の基質の表面上で処理され得る。これは、配列決定試薬の簡便な送達、未反応試薬の除去、及び多重様式での取り込み事象の検出を可能にする。表面結合標的核酸を使用する実施形態において、断片−アダプター分子は、アレイ形式であり得る。アレイ形式において、断片−アダプター分子は、典型的には、空間的に区別可能な様式で表面に結合され得る。断片−アダプター分子は、直接共有結合、ビーズ若しくは他の粒子への付着、又は表面に付着したポリメラーゼ又は他の分子への結合によって結合することができる。アレイは、各部位(フィーチャとも呼ばれる)に断片−アダプター分子の単一コピーを含むことができ、又は同じ配列を有する複数コピーが各部位若しくはフィーチャに存在することができる。複数のコピーは、以下にさらに詳細に記載されるように、増幅方法(例えば、架橋増幅又はエマルジョンPCR)によって産生され得る。 The SBS method described above may advantageously be performed in a multiplex format such that a plurality of different fragment-adapter molecules are manipulated simultaneously. In particular embodiments, different fragment-adapter molecules can be treated in a common reaction vessel or on the surface of a particular substrate. This allows for convenient delivery of sequencing reagents, removal of unreacted reagents, and detection of uptake events in multiplex fashion. In embodiments that use surface-bound target nucleic acids, the fragment-adapter molecules can be in array format. In array format, the fragment-adapter molecules can typically be bound to the surface in a spatially distinct manner. Fragment-adapter molecules can be attached by direct covalent attachment, attachment to beads or other particles, or attachment to surface-attached polymerases or other molecules. The array can include a single copy of the fragment-adapter molecule at each site (also called a feature), or multiple copies with the same sequence can be present at each site or feature. Multiple copies can be produced by an amplification method, such as cross-linking amplification or emulsion PCR, as described in further detail below.
本明細書に記載される方法は、例えば、少なくとも約10フィーチャ/cm2、100フィーチャ/cm2、500フィーチャ/cm2、1,000フィーチャ/cm2、5,000フィーチャ/cm2、10,000フィーチャ/cm2、50,000フィーチャ/cm2、100,000フィーチャ/cm2、1,000,000フィーチャ/cm2、5,000,000フィーチャ/cm2以上を含む様々な密度のいずれかでフィーチャを有するアレイを使用することができる。 The methods described herein are, for example, at least about 10 features/cm 2 , 100 features/cm 2 , 500 features/cm 2 , 1,000 features/cm 2 , 5,000 features/cm 2 , 10,. Any of a variety of densities including 000 features/cm 2 , 50,000 features/cm 2 , 100,000 features/cm 2 , 1,000,000 features/cm 2 , 5,000,000 features/cm 2 or more. An array with features at can be used.
本明細書に記載される方法の利点は、複数のcm2の迅速且つ効率的な並行検出を提供することである。従って、本開示は、上記に例示したような当技術分野で既知の技術を用いて核酸を調製及び検出することができる統合システムを提供する。従って、本開示の統合システムは、増幅試薬及び/又は配列決定試薬を1つ以上の固定化DNA断片に送達することができる流体構成要素を含むことができ、このシステムは、ポンプ、バルブ、リザーバ、流体ラインなどの構成要素を含む。フローセルは、標的核酸の検出のための統合システムにおいて構成及び/又は使用され得る。例示的なフローセルは、例えば、米国特許出願公開第2010/0111768号明細書及び米国特許出願第13/273,666号明細書に記載されている。フローセルについて例示されるように、統合システムの流体構成要素のうちの1つ以上は、増幅方法及び検出方法のために使用され得る。核酸配列決定の実施形態を例にとると、統合システムの1つ以上の流体構成要素は、本明細書に記載される増幅方法のために、及び上記に例示されるような配列決定方法における配列決定試薬の送達のために使用され得る。或いは、統合システムは、増幅方法を実施し、検出方法を実施するための別個の流体システムを含むことができる。増幅された核酸を生成し、また核酸の配列を決定することができる統合配列決定システムの例には、MiSeq(商標)プラットフォーム(Illumina、Inc.、San Diego、CA)及び参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第13/273,666号明細書に記載されるデバイスが含まれるが、これらに限定されない。 An advantage of the method described herein is that it provides rapid and efficient parallel detection of multiple cm 2 . Accordingly, the present disclosure provides an integrated system capable of preparing and detecting nucleic acids using techniques known in the art such as those exemplified above. Thus, the integrated system of the present disclosure can include fluidic components capable of delivering amplification reagents and/or sequencing reagents to one or more immobilized DNA fragments, which systems include pumps, valves, reservoirs. , Fluid lines and other components. The flow cell can be configured and/or used in an integrated system for the detection of target nucleic acids. Exemplary flow cells are described, for example, in U.S. Patent Application Publication No. 2010/0111768 and U.S. Patent Application No. 13/273,666. As illustrated for the flow cell, one or more of the fluid components of the integrated system can be used for amplification and detection methods. Taking the nucleic acid sequencing embodiment as an example, one or more fluidic components of the integrated system may be sequenced for the amplification methods described herein and in the sequencing methods as exemplified above. It can be used for delivery of determination reagents. Alternatively, the integrated system can include a separate fluid system for performing the amplification method and the detection method. Examples of integrated sequencing systems capable of producing amplified nucleic acids and sequencing the nucleic acids include the MiSeq™ platform (Illumina, Inc., San Diego, Calif.) and herein by reference. It includes, but is not limited to, the devices described in incorporated US patent application Ser. No. 13/273,666.
本明細書に記載される方法の実施中に、様々な組成物が生じ得る。例えば、図2ブロックvii又は図4に示す構成を有するデュアル−インデックス断片−アダプター分子を含むデュアル−インデックス断片−アダプター分子と、デュアル−インデックス断片−アダプター分子を含む組成物が生じ得る。図2ブロックvii又は図4に示す構成を有するデュアル−インデックス断片−アダプター分子を含むデュアル−インデックス断片−アダプター分子の配列決定ライブラリー、及び配列決定ライブラリーを含む組成物が生じ得る。このような配列決定ライブラリーは、アレイに結合され得る。 Various compositions may occur during the performance of the methods described herein. For example, a dual-index fragment-adapter molecule comprising a dual-index fragment-adaptor molecule and a composition comprising a dual-index fragment-adapter molecule having the configuration shown in Figure 2 block vii or Figure 4 may result. A sequencing library of dual-index fragment-adaptor molecules comprising a dual-index fragment-adaptor molecule having the configuration shown in FIG. 2 block vii or FIG. 4 and a composition comprising a sequencing library can result. Such a sequencing library can be bound to an array.
本発明は、以下の実施例によって例示される。特定の例、材料、量、及び手順は、本明細書に記載される発明の範囲及び趣旨に従って広く解釈されるべきであることを理解するべきである。 The invention is illustrated by the following examples. It should be understood that the particular examples, materials, amounts, and procedures should be construed broadly in accordance with the scope and spirit of the inventions described herein.
実施例で使用される試薬
・ リン酸緩衝生理食塩水(PBS、Thermo Fisher、Cat.10010023)
・ 0.25%トリプシン(Thermo Fisher、Cat.15050057)
・ Tris(Fisher、Cat.T1503)
・ HCl(Fisher、Cat.A144)
・ NaCl(Fisher、Cat.M−11624)
・ MgCl2(Sigma、Cat.M8226)
・ Igepal(登録商標)CA−630(Sigma、I8896)
・ プロテアーゼ阻害剤(Roche、Cat.11873580001)
・ PCR−清浄ddH2O
・ リチウム3,5−ジヨードサリチル酸(Sigma、Cat.D3635)−LAND方法のみ
・ ホルムアルデヒド(Sigma、Cat.F8775)−xSDS方法のみ
・ グリシン(Sigma、Cat.G8898)−xSDS方法のみ
・ NE緩衝液2.1(NEB、Cat.B7202)−xSDS方法のみ
・ SDS(Sigma、Cat.L3771)−xSDS方法のみ
・ Triton(商標)X−100(Sigma、Cat.9002−93−1)−xSDS方法のみ
・ DAPI(Thermo Fisher、Cat.D1306)
・ Nextera(登録商標)キットからのTD緩衝液(Illumina、Cat.FC−121−1031)
・ 96インデックス付加シトシン枯渇トランスポソーム(公開された方法を用いて組み立てられた、配列は表1に示される)
・ 9−ヌクレオチド無作為プライマー(表2)
・ 10mM dNTP混合物(NEB、Cat.N0447)
・ Klenow(3’−>5’エキソ−)ポリメラーゼ(Enzymatics、Cat.P7010−LC−L)
・ 200プルーフエタノール
・ インデックス付加i5及びi7 PCRプライマー(表3)
・ Kapa HiFi(商標)HotStart ReadyMix
・ SYBR(登録商標)Green(FMC BioProducts、Cat.50513)
・ QIAquick(登録商標)PCR精製キット(Qiagen、Cat.28104)
・ dsDNA高感度Qubit(登録商標)(Thermo Fisher、Cat.Q32851)
・ 高感度バイオアナライザーキット(Agilent、Cat.5067−4626)
・ NextSeq配列決定キット(高又は中150−サイクル)
・ 非メチル化ラムダDNA(Promega、Cat.D1521)
・ HiSeq(登録商標)2500配列決定キット(Illumina)
・ HiSeq(登録商標)X配列決定キット(Illumina)
・ EZ−96 DNAメチル化MagPrepキット(Zymo Research、Cat D5040)
・ カスタムLNA配列決定プライマー(表4)
・ ポリエチレングリコール(PEG)
・ SPRIビーズ
Reagents used in Examples-Phosphate buffered saline (PBS, Thermo Fisher, Cat. 10010023)
-0.25% trypsin (Thermo Fisher, Cat. 15050057)
・Tris (Fisher, Cat. T1503)
-HCl (Fisher, Cat. A144)
-NaCl (Fisher, Cat. M-11624)
-MgCl2 (Sigma, Cat. M8226)
-Igepal (registered trademark) CA-630 (Sigma, I8896)
-Protease inhibitor (Roche, Cat. 11873580001)
PCR-clean ddH2O
-Lithium 3,5-diiodosalicylic acid (Sigma, Cat.D3635)-LAND method only-Formaldehyde (Sigma, Cat.F8775)-xSDS method-Glycine (Sigma, Cat.G8898)-xSDS method-NE buffer solution 2.1 (NEB, Cat.B7202)-xSDS method only-SDS (Sigma, Cat.L3771)-xSDS method only-Triton(TM) X-100 (Sigma, Cat.9002-93-1)-xSDS method only・DAPI (Thermo Fisher, Cat. D1306)
TD buffer from Nextera® kit (Illumina, Cat. FC-121-1031)
96 indexed cytosine-depleted transposomes (assembled using published methods, sequences shown in Table 1)
• 9-nucleotide random primer (Table 2)
・10 mM dNTP mixture (NEB, Cat. N0447)
-Klenow (3'->5' exo-) polymerase (Enzymatics, Cat. P7010-LC-L)
・200 proof ethanol ・Index added i5 and i7 PCR primers (Table 3)
-Kapa HiFi (trademark) HotStart ReadyMix
SYBR (registered trademark) Green (FMC BioProducts, Cat. 50513)
-QIAquick (registered trademark) PCR purification kit (Qiagen, Cat. 28104)
-DsDNA high sensitivity Qubit (registered trademark) (Thermo Fisher, Cat. Q32851)
・High-sensitivity bioanalyzer kit (Agilent, Cat.5067-4626)
-NextSeq sequencing kit (150-cycle high or medium)
-Unmethylated lambda DNA (Promega, Cat. D1521)
-HiSeq (registered trademark) 2500 sequencing kit (Illumina)
-HiSeq (registered trademark) X sequencing kit (Illumina)
EZ-96 DNA methylation MagPrep kit (Zymo Research, Cat D5040)
-Custom LNA sequencing primers (Table 4)
・Polyethylene glycol (PEG)
・SPRI beads
実施例で使用される装置
・ 35μM細胞濾過器(BD Biosciences、Cat.352235)
・ 96ウェルプレート適合性磁気ラック
・ Sony SH800細胞選別機(Sony Biotechnology、Cat.SH800)又はDAPIベースの単一核選別が可能な他のFACS機器
・ CFX Connect RTサーマルサイクラー(Bio−Rad、Cat.1855200)又は他のリアルタイムサーモサイクラー
・ サーモミキサー
・ Qubit(登録商標)2.0蛍光光度計(Thermo Fisher、Cat.Q32866)
・ 2100バイオアナライザー(Agilent、Cat.G2939A)
・ NextSeq(登録商標)500(Illumina、Cat.SY−415−1001−1)
・ HiSeq(登録商標)2500(Illumina)
・ HiSeq(登録商標)X(Illumina)
Device used in Examples 35 μM cell strainer (BD Biosciences, Cat. 352235)
• 96-well plate compatible magnetic rack • Sony SH800 cell sorter (Sony Biotechnology, Cat. SH800) or other FACS instrument capable of DAPI-based single nuclear sorting. • CFX Connect RT thermal cycler (Bio-Rad, Cat. 1855200) or other real-time thermocycler, thermomixer, Qubit® 2.0 fluorometer (Thermo Fisher, Cat. Q32866).
2100 bioanalyzer (Agilent, Cat. G2939A)
-NextSeq (registered trademark) 500 (Illumina, Cat. SY-415-1001-1)
・HiSeq (registered trademark) 2500 (Illumina)
・HiSeq (registered trademark) X (Illumina)
実施例で使用されるオリゴヌクレオチド Oligonucleotides used in the examples
実施例1
非メチル化対照ラムダDNAの調製
100ナノグラムの非メチル化ラムダDNA、5uLの2X TD緩衝液、5uLのNIB緩衝液(10mM Tris−HCl pH7.4、10MM NaCl、3mM MgCl2、0.1% Igepal(登録商標)、1Xプロテアーゼ阻害剤)、及び4μLの500nMの固有にインデックス付加されたシトシン枯渇トランスポソームを合わせた。混合物を55℃で20分間インキュベートし、次いでQIAquick(登録商標)PCR精製カラムを用いて精製し、30μLのEB中に溶出した。
Example 1
Unmethylated lambda DNA Preparation 100 nanograms unmethylated control lambda DNA, 2X TD buffer 5 uL, NIB buffer 5uL (10mM Tris-HCl pH7.4,10MM NaCl , 3mM MgCl 2, 0.1% Igepal (Registered trademark), 1× protease inhibitor), and 4 μL of 500 nM uniquely indexed cytosine-depleted transposome were combined. The mixture was incubated at 55° C. for 20 minutes, then purified using a QIAquick® PCR purification column and eluted in 30 μL EB.
DNAの濃度を、2uLの混合物を使用して、dsDNA好感度Qubit 2.0蛍光光度計を用いて定量した。この濃度を17.95pg/uLに希釈した。これはおよそ5ヒト細胞のゲノム量をシミュレートする。 The concentration of DNA was quantified using a dsDNA sensitive Qubit 2.0 fluorometer using 2 uL of the mixture. This concentration was diluted to 17.95 pg/uL. This simulates the genomic mass of approximately 5 human cells.
実施例2
18% PEG SPRIビーズ混合物の調製
Sera−Magビーズ(1ml)を、低結合1.5mL管に等分し、次いで、上清が透明になるまで磁気スタンド上に置いた。ビーズを500uLの10mM Tris−HCl(pH8.0)の溶液で洗浄し、上清が透明になった後に溶液を除去し、この洗浄工程を全部で4回繰り返した。ビーズを以下の混合物に再懸濁した:18% PEG8000(質量比)、1M NaCl、10mM Tris−HCl、pH8.0、1mM EDTA、0.05% Tween−20;穏やかに撹拌しながら室温で少なくとも1時間インキュベートし、次いで18% PEG SPRIビーズを4℃で保存した。ビーズを室温に到達させた後、使用した。
Example 2
Preparation of 18% PEG SPRI Bead Mix Sera-Mag beads (1 ml) were aliquoted into low binding 1.5 mL tubes and then placed on a magnetic stand until the supernatant was clear. The beads were washed with 500 uL of a 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) solution, the solution was removed after the supernatant became clear, and this washing step was repeated 4 times in total. The beads were resuspended in the following mixture: 18% PEG8000 (mass ratio), 1M NaCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA, 0.05% Tween-20; at least room temperature with gentle agitation. Incubate for 1 hour, then store 18% PEG SPRI beads at 4°C. The beads were used after reaching room temperature.
実施例3
リチウム3,5−ジヨードサリチル酸(LAND)又はSDS(xSDS)を用いた核の調製
A.核調製及びヌクレオソーム枯渇のLAND方法
細胞が縣濁液細胞培養物中にある場合、培養物を穏やかに粉砕して細胞凝集塊を破壊し、細胞を500xgで5分間、4℃で回転させることによってペレット化し、500μLの氷冷PBSで洗浄した。
Example 3
Preparation of nuclei with lithium 3,5-diiodosalicylic acid (LAND) or SDS (xSDS) NAD Preparation of Nucleation and Nucleosome Depletion When cells are in suspension cell culture, the culture is gently disrupted to disrupt cell clumps and the cells are spun at 500 xg for 5 minutes at 4°C. Pelletized and washed with 500 μL ice cold PBS.
細胞が接着性細胞培養物中にある場合、培地を吸引し、細胞を37℃で10mlのPBSで洗浄し、次いで37℃で十分な0.25%トリプシンを添加して単層を被覆した。37℃で5分間、又は細胞の90%がもはや表面に付着しなくなるまでインキュベートした後、37℃の培地を1:1の比率で添加してトリプシンをクエンチした。細胞を500xgで5分間、4℃で回転させることによってペレット化し、次いで500μLの氷冷PBSで洗浄した。 If the cells were in adherent cell cultures, the medium was aspirated, the cells were washed with 10 ml PBS at 37°C and then at 37°C sufficient 0.25% trypsin was added to coat the monolayer. After incubation at 37° C. for 5 minutes or until 90% of the cells no longer attach to the surface, 37° C. medium was added at a 1:1 ratio to quench trypsin. Cells were pelleted by spinning at 500 xg for 5 minutes at 4°C, then washed with 500 μL ice-cold PBS.
縣濁液細胞培養物又は接着性細胞培養物のいずれかからの細胞を、500xgで5分間回転させることによってペレット化し、次いで、NIB緩衝液(2.5μLの1M LIS+197.5μLのNIB緩衝液)中の200μLの12.5mM LISに再懸濁した。氷上で5分間インキュベートした後、800μLのNIB緩衝液を添加した。細胞を35μMの細胞濾過器に穏やかに通し、5μLのDAPI(5mg/mL)を加えた。 Cells from either suspension or adherent cell cultures are pelleted by spinning at 500 xg for 5 minutes, then NIB buffer (2.5 μL 1M LIS + 197.5 μL NIB buffer). Resuspended in 200 μL of 12.5 mM LIS. After incubating on ice for 5 minutes, 800 μL of NIB buffer was added. The cells were gently passed through a 35 μM cell strainer and 5 μL of DAPI (5 mg/mL) was added.
B.核調製及びヌクレオソーム枯渇のxSDS方法
細胞が縣濁液細胞培養物中にある場合、培地を穏やかに粉砕して、細胞凝集塊を破壊した。培地中の10mlの細胞に406μlの37%ホルムアルデヒドを添加し、穏やかに振盪しながら室温で10分間インキュベートした。800マイクロリットルの2.5Mグリシンを細胞に添加し、氷上で5分間インキュベートし、次いで550xgで8分間、4℃で遠心分離した。10mLの氷冷PBSで洗浄した後、細胞を5mLの氷冷NIB(10mM TrisHCl pH7.4、10mM NaCl、3mM MgCl2、0.1% Igepal(登録商標)、1xプロテアーゼ阻害剤)に再懸濁し、穏やかに混合しながら氷上で20分間インキュベートした。
B. Nuclear Preparation and Nucleosome Depletion xSDS Method When cells were in suspension cell culture, medium was gently triturated to disrupt cell clumps. To 10 ml cells in medium was added 406 μl 37% formaldehyde and incubated for 10 minutes at room temperature with gentle shaking. 800 microliters of 2.5 M glycine was added to the cells, incubated on ice for 5 minutes, then centrifuged at 550 xg for 8 minutes at 4°C. After washing with 10 mL ice-cold PBS, cells were resuspended in 5 mL ice-cold NIB (10 mM TrisHCl pH 7.4, 10 mM NaCl, 3 mM MgCl 2 , 0.1% Igepal®, 1× protease inhibitor). Incubated on ice for 20 minutes with gentle mixing.
細胞が接着性細胞培養物中にある場合、培地を吸引し、細胞を37℃で10mlのPBSで洗浄し、次いで37℃で十分な0.25%トリプシンを添加して単層を被覆した。37℃で5分間、又は細胞の90%がもはや表面に付着しなくなるまでインキュベートした後、37℃の培地を1:1の比率で添加してトリプシンをクエンチし、培地で容量を10mlにした。細胞を10mlの培地に再懸濁し、406μlの37%ホルムアルデヒドを添加し、穏やかに振盪しながら室温で10分間インキュベートした。800マイクロリットルの2.5Mグリシンを細胞に添加し、氷上で5分間インキュベートした。細胞を550xgで8分間、4℃で遠心分離し、10mlの氷冷PBSで洗浄した。細胞を氷冷5mLのNIBに再懸濁した後、それらを穏やかに混合しながら氷上で20分間インキュベートした。 If the cells were in adherent cell cultures, the medium was aspirated, the cells were washed with 10 ml PBS at 37°C and then at 37°C sufficient 0.25% trypsin was added to coat the monolayer. After incubation at 37° C. for 5 minutes or until 90% of the cells no longer attach to the surface, 37° C. medium was added at a 1:1 ratio to quench trypsin and bring the volume to 10 ml with medium. Cells were resuspended in 10 ml medium, 406 μl 37% formaldehyde was added and incubated for 10 minutes at room temperature with gentle shaking. 800 microliters of 2.5 M glycine was added to the cells and incubated on ice for 5 minutes. Cells were centrifuged at 550 xg for 8 minutes at 4°C and washed with 10 ml ice cold PBS. After resuspending the cells in 5 mL of ice cold NIB, they were incubated on ice for 20 minutes with gentle mixing.
縣濁液細胞培養物又は接着性細胞培養物のいずれかからの細胞又は核を、500xgで5分間回転させることによってペレット化し、900μLの1x NE緩衝液2.1で洗浄した。500xgで5分間回転させた後、ペレットを800μLの1x NE緩衝液2.1に12μLの20% SDSと共に再懸濁し、42℃で30分間激しく振盪しながらインキュベートし、次いで200μLの10% Triton(商標)X−100を添加し、42℃で30分間激しく振盪しながらインキュベートした。細胞を35μMの細胞濾過器に穏やかに通し、5μLのDAPI(5mg/mL)を加えた。 Cells or nuclei from either suspension cell cultures or adherent cell cultures were pelleted by spinning at 500xg for 5 minutes and washed with 900 μL of 1x NE buffer 2.1. After spinning at 500 xg for 5 minutes, the pellet was resuspended in 800 μL of 1x NE buffer 2.1 with 12 μL of 20% SDS and incubated at 42°C for 30 minutes with vigorous shaking, then 200 μL of 10% Triton ( ™ X-100 was added and incubated at 42°C for 30 minutes with vigorous shaking. The cells were gently passed through a 35 μM cell strainer and 5 μL of DAPI (5 mg/mL) was added.
実施例4
核の選別及びタグメンテーション
タグメンテーションプレートを、10μLの1x TD緩衝液(1プレートについて:500μLのNIB緩衝液+500μLのTD緩衝液)を用いて調製し、2500個の単一核をタグメンテーションプレートの各ウェルに選別した。この工程において、ウェル当たりの核の数は、ウェル当たりの核の数がプレート全体について一貫している限り、わずかに変化させることができる。トランスポザーゼインデックスが保存されるので、異なるサンプルをプレートの異なるウェルに多重化することもできる。細胞は図2に従いゲートされた。500xgで5分間プレートをスピンダウンした後、500nMの固有にインデックス付加されたシトシン枯渇トランスポソーム4μLを各ウェルに加えた。密閉後、プレートを穏やかに振盪しながら55℃で15分間インキュベートした。次いで、プレートを氷上に置いた。全てのウェルをプールし、次いで35μMの細胞濾過器に通した。5マイクロリットルのDAPI(5mg/mL)を添加した。
Example 4
Nuclear Selection and Tagmentation Tagmentation plates were prepared with 10 μL of 1×TD buffer (for one plate: 500 μL NIB buffer+500 μL TD buffer) and 2500 single nuclei were tagged. Each well of the rotation plate. In this step, the number of nuclei per well can be varied slightly as long as the number of nuclei per well is consistent across the plate. Because the transposase index is preserved, different samples can also be multiplexed into different wells of the plate. Cells were gated according to Figure 2. After spinning down the plate at 500 xg for 5 minutes, 4OuL of 500nM uniquely indexed cytosine-depleted transposome was added to each well. After sealing, the plates were incubated for 15 minutes at 55°C with gentle shaking. The plate was then placed on ice. All wells were pooled and then passed through a 35 μM cell strainer. 5 microliters of DAPI (5 mg/mL) was added.
実施例5
核の第2の選別
5uLのZymo消化試薬(2.5uLのM−消化緩衝液、2.25uLのH2O、及び0.25uLのプロテイナーゼK)を用いて、各ウェルについてマスターミックスを調製した。最もストリンジェントな選別設定を用いて、10個又は22個の単一核のいずれかを各ウェルに選別した。10個の単一核を、非メチル化対照スパイクインに使用されるウェルに選別し、22個の細胞を他のウェルに選別した。次いで、このプレートを600xgで5分間、4℃で遠心分離する。
Example 5
Second selection of nuclei A master mix was prepared for each well with 5 uL Zymo digestion reagent (2.5 uL M-digestion buffer, 2.25 uL H2O, and 0.25 uL proteinase K). Either 10 or 22 single nuclei were sorted into each well using the most stringent sorting settings. Ten single nuclei were sorted into the wells used for the unmethylated control spike-in and 22 cells were sorted into the other wells. The plate is then centrifuged at 600 xg for 5 minutes at 4°C.
実施例6
消化及び亜硫酸水素変換
C枯渇トランスポソームで前処理した約35pg(2uL)の非メチル化対照ラムダDNAを用いて、10個の単一核を有するウェルをスパイクした。このプレートを50℃で20分間インキュベートして核を消化し、32.5uLの新たに調製したZymo CT変換試薬を製造者のプロトコルに従って添加した。ウェルを粉砕によって混合し、プレートを600xgで2分間、4℃で遠心分離した。このプレートを、以下の工程のためにサーモサイクラー上に置いた後、続けた:98℃で8分間、64℃で3.5時間、次いで4℃で20時間未満保持する。Zymo MagBindingビーズ(5uL)を各ウェルに添加し、150uLのM−結合緩衝液を各ウェルに添加した。粉砕によってウェルを混合した後、このプレートを室温で5分間インキュベートした。上清が透明になるまで、プレートを96ウェル適合性磁気ラック上に置いた。
Example 6
Digestion and bisulfite conversion About 35 pg (2 uL) of unmethylated control lambda DNA pretreated with C-depleted transposomes was used to spike wells with 10 single nuclei. The plate was incubated at 50° C. for 20 minutes to digest the nuclei and 32.5 uL of freshly prepared Zymo CT conversion reagent was added according to the manufacturer's protocol. Wells were mixed by trituration and plates were centrifuged at 600 xg for 2 minutes at 4°C. The plate was placed on a thermocycler for the following steps followed by: holding at 98°C for 8 minutes, 64°C for 3.5 hours, then 4°C for less than 20 hours. Zymo MagBinding beads (5 uL) were added to each well and 150 uL of M-binding buffer was added to each well. After mixing the wells by trituration, the plate was incubated for 5 minutes at room temperature. The plate was placed on a 96-well compatible magnetic rack until the supernatant was clear.
上清を除去し、ウェルをi)磁気ラックからプレートを除去し、ii)各ウェルに100uLの80%エタノールを添加し、ビーズペレット上を走らせ、iii)プレートを磁気ラック上に戻し、次いで上清を透明になると除去することによって、新鮮な80%エタノール(容量による)で洗浄した。 The supernatant is removed and the wells are i) removed from the magnetic rack, ii) 100 uL of 80% ethanol is added to each well and run on the bead pellet, iii) the plate is placed back on the magnetic rack, then top It was washed with fresh 80% ethanol (by volume) by removing the clear when clear.
脱スルホン化は、50uLのM−脱スルホン化緩衝液を各々ウェルに添加し、ビーズを粉砕によって完全に再懸濁し、室温で15分間インキュベートし、プレートを磁気ラック上に置き、次いで、上清を透明になると除去することによって達成した。 Desulphonation was carried out by adding 50 uL of M-desulphonation buffer to each well, thoroughly resuspending the beads by trituration, incubating for 15 minutes at room temperature, placing the plate on a magnetic rack, then the supernatant. Was achieved by clearing and removing.
上清を除去した。ウェルをi)磁気ラックからプレートを除去し、ii)各ウェルに100uLの80%エタノールを添加し、ビーズペレット上を走らせ、iii)プレートを磁気ラック上に戻し、次いで上清を透明になると除去することによって、新鮮な80%エタノール(容量による)で洗浄する。 The supernatant was removed. Wells i) Remove plate from magnetic rack, ii) Add 100 uL 80% ethanol to each well, run on bead pellet, iii) Put plate back on magnetic rack, then remove supernatant when clear By washing with 80% fresh ethanol (by volume).
ペレットが視覚的に亀裂を生じ始めるまで、ビーズペレットを約10分間乾燥させた。 The bead pellet was dried for about 10 minutes until the pellet began to crack visually.
各ウェルに25uLのZymo M−溶離緩衝液を添加し、ペレットを完全に解離するために粉砕し、プレートを55℃で4分間加熱することによって、溶離を達成した。 Elution was achieved by adding 25 uL Zymo M-elution buffer to each well, crushing the pellet for complete dissociation, and heating the plate at 55° C. for 4 minutes.
実施例7
線形増幅
完全溶離液を、ウェル当たり以下の反応混合物:16uLのPCR−清浄H2O、5uLの10X NE緩衝液2.1、2uLの10mM dNTP混合物、及び2uLの10uM 9−ヌクレオチド無作為プライマーを用いて調製したプレートに移した。
Example 7
Linear amplification Complete eluate was used per well with the following reaction mixture: 16 uL PCR-clean H2O, 5 uL 10X NE buffer 2.1, 2 uL 10 mM dNTP mix, and 2 uL 10 uM 9-nucleotide random primers. Transferred to prepared plate.
線形増幅を以下のように行った:i)95℃で45秒間インキュベートすることによってDNAを一本鎖とし、次いで氷上で急冷し、氷上で保持し、ii)完全に冷却したら、10U Klenow(3’−>5’エキソ−)ポリメラーゼを各ウェルに加え、iii)プレートを4℃で5分間インキュベートし、次いで+1℃/15秒の速度で37℃まで昇温させ、次いで37℃で90分間保持する。 Linear amplification was performed as follows: i) DNA was made single-stranded by incubation at 95° C. for 45 seconds, then quenched on ice and kept on ice, ii) once completely cooled, 10 U Klenow (3 '->5' exo-) polymerase is added to each well and iii) the plate is incubated at 4°C for 5 minutes, then ramped to 37°C at a rate of +1°C/15 seconds and then held at 37°C for 90 minutes. To do.
工程i〜iiiをさらに3回繰り返し、合計4ラウンドの線形増幅を行った。各増幅について、以下の混合物を各ウェル中の反応物に添加した:1uLの10uM 9−ヌクレオチド無作為プライマー、1uLの10mM dNTP混合物、及び1.25uLの4X NE緩衝液2.1。4ラウンドの線形増幅は、典型的には、より少ないラウンドと比較して、読み取りアラインメント速度及びライブラリーの複雑さを有意に増加させる。 Steps i to iii were repeated 3 more times for a total of 4 rounds of linear amplification. For each amplification, the following mixture was added to the reactions in each well: 1 uL 10 uM 9-nucleotide random primer, 1 uL 10 mM dNTP mix, and 1.25 uL 4X NE buffer 2. 1. 4 rounds. Linear amplification typically significantly increases read alignment rates and library complexity compared to fewer rounds.
以下のように、調製した18% PEG SPRIビーズ混合物を1.1X(ウェル反応体積と比較した体積濃度)で使用してウェルを清浄化した。このプレートを室温で5分間インキュベートし、磁気ラック上に置き、上清を透明になると除去した。ビーズペレットを50uLの80%エタノールで洗浄した。残っている液体を除去し、ビーズペレットを亀裂が始まるまで乾燥させた。DNAを21uLの10mM Tris−Cl(pH8.5)中に溶出した。 Wells were cleaned using the prepared 18% PEG SPRI bead mixture at 1.1X (volume concentration compared to well reaction volume) as follows. The plate was incubated for 5 minutes at room temperature, placed on a magnetic rack and the supernatant removed when clear. The bead pellet was washed with 50 uL of 80% ethanol. The remaining liquid was removed and the bead pellet was dried until cracking started. DNA was eluted in 21 uL of 10 mM Tris-Cl (pH 8.5).
実施例8
インデックス付加PCR反応
完全溶離液を、ウェル当たり以下の反応混合物:2uLの10uM i7インデックスPCRプライマー、2uLの10uM i5インデックスPCRプライマー、25uLの2X KAPA HiFi(商標)HotStart ReadyMix、及び0.5uLの100X SYBR(登録商標)Green Iを用いて調製したプレートに移した。PCR増幅は、以下のサイクルで、リアルタイムサーモサイクラーで実施し:95℃で2分間(94℃で80秒間、65℃で30秒間、72℃で30秒間)、ウェルの大部分が測定されたSYBR(登録商標)Green蛍光の変曲を示したら反応を停止した。ライブラリー調製については、16〜21 PCRサイクルの間に変曲プラトーが観察された。
Example 8
Indexed PCR Reaction Complete eluate was added to the following reaction mixture per well: 2 uL of 10 uM i7 index PCR primer, 2 uL of 10 uM i5 index PCR primer, 25 uL of 2X KAPA HiFi™ HotStart ReadyMix, and 0.5 uL of 100X SYBR. Transferred to plates prepared using ® Green I. PCR amplification was performed in a real-time thermocycler with the following cycles: 95° C. for 2 minutes (94° C. for 80 seconds, 65° C. for 30 seconds, 72° C. for 30 seconds), most of the wells were measured for SYBR. The reaction was stopped when it showed an inflection of (registered trademark) Green fluorescence. For library preparation, an inflection plateau was observed between 16 and 21 PCR cycles.
実施例9
ライブラリーの清浄化及び定量化
ライブラリーを、以下のように、18% PEGS PRIビーズ混合物を0.8X(ウェル反応体積と比較した体積濃度)で使用して、ウェル当たり洗浄した。プレートを室温で5分間インキュベートし、磁気ラック上に置き、上清を透明になった後に除去した。ビーズペレットを50uLの80%エタノールで洗浄した。残っている液体を除去し、ビーズペレットを亀裂が始まるまで乾燥させた。DNAを25uLの10mM Tris−Cl(pH8.5)中に溶出した。
Example 9
Library Cleaning and Quantification The library was washed per well using an 18% PEGS PRI bead mixture at 0.8X (volume concentration compared to well reaction volume) as follows. The plate was incubated for 5 minutes at room temperature, placed on a magnetic rack and the supernatant was removed after clearing. The bead pellet was washed with 50 uL of 80% ethanol. The remaining liquid was removed and the bead pellet was dried until cracking started. DNA was eluted in 25 uL of 10 mM Tris-Cl (pH 8.5).
ライブラリーを、5uLの各ウェルを使用してプールし、2uLを使用して、製造者のプロトコルに従って、dsDNA高感度Qubit(登録商標)2.0蛍光光度計を用いてDNAの濃度を定量した。Qubit(登録商標)読み出しは、ライブラリーを約4ng/uLに希釈するために使用され、1uLは製造者のプロトコルに従って、高感度バイオアナライザー2100上で実行された。次いで、ライブラリーを、200bp〜1kbpの範囲について定量して、Illumina配列決定のためにプールを1nMに希釈した。 The library was pooled using 5 uL of each well and 2 uL was used to quantitate the concentration of DNA using a dsDNA Sensitive Qubit® 2.0 Fluorometer according to the manufacturer's protocol. .. The Qubit® read-out was used to dilute the library to approximately 4 ng/uL and 1 uL was run on the Sensitive Bioanalyzer 2100 according to the manufacturer's protocol. The library was then quantified for the range 200 bp to 1 kbp and the pool diluted to 1 nM for Illumina sequencing.
実施例10
配列決定
NextSeq(登録商標)500を、以下の変更を除いて、1nMのサンプルについての製造者の説明書に従って運転のために設定した。ライブラリープールを0.9pMの濃度及び1.5mLの総容量でロードし、カートリッジ位置10に置いた;9μLの100μMストック配列決定プライマー1を総計1.5mLのHT1緩衝液にカートリッジ位置7に希釈することによってカスタムプライマーを設定し、100μMストック濃度で18μLの各カスタムインデックス配列決定プライマーを総計3mLのHT1緩衝液にカートリッジ位置9に入れ;NextSeq(登録商標)500をスタンドアロンモードで操作し;SCIseqカスタムケミストリーレシピ(Amini et al.、2014年、Nat.Genet.46、1343−1349)を選択し;二重インデックスを選択し;適切な数の読み取りサイクルを入力し(150推奨);インデックス1について10サイクル及びインデックス2について20サイクルを入力し;全ての読み取り及びインデックスについてカスタムチェックボックスを選択した。
Example 10
Sequencing The NextSeq® 500 was set up for operation according to the manufacturer's instructions for 1 nM samples with the following modifications. The library pool was loaded at a concentration of 0.9 pM and a total volume of 1.5 mL and placed in cartridge position 10; 9 μL of 100 μM stock sequencing primer 1 was diluted in cartridge position 7 in a total of 1.5 mL of HT1 buffer. Custom primers by setting 18 μL of each custom index sequencing primer at 100 μM stock concentration into cartridge position 9 in a total of 3 mL HT1 buffer; operating NextSeq® 500 in stand-alone mode; SCIseq custom Chemistry recipe (Amini et al., 2014, Nat. Genet. 46, 1343-1349); double index selected; enter appropriate number of read cycles (150 recommended); 10 for index 1 Entered 20 cycles for Cycles and Index 2; selected custom checkboxes for all reads and indexes.
本明細書に引用した全ての特許、特許出願、及び刊行物、及び電子的に利用可能な材料(例えば、GenBank及びRefSeqにおけるヌクレオチド配列提出、並びに例えば、SwissProt、PIR、PRF、PDBにおけるアミノ酸配列提出、並びにGenBank及びRefSeqにおける注釈付きコード領域からの翻訳を含む)の完全な開示は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。刊行物で参照される補足資料(補足表、補足図、補足材料及び方法、並びに/又は補足実験データなど)も同様に、それらの全体が参照により組み込まれる。本出願の開示と、参照により本明細書に組み込まれる任意の文書の開示との間に何らかの不一致が存在する場合、本出願の開示が適用されるものとする。前述の詳細な説明及び実施例は、理解を明確にするためにのみ与えられたものである。不必要な限定は、それらから理解されるべきではない。本発明は、図示され、説明された正確な詳細に限定されず、当業者に明らかな変形例が特許請求の範囲によって定義される発明内に含まれる。 All patents, patent applications, and publications cited herein, and electronically available materials (eg, nucleotide sequence submissions in GenBank and RefSeq, and amino acid sequence submissions in SwissProt, PIR, PRF, PDB, for example). , And the translation from the annotated coding regions in GenBank and RefSeq) are incorporated herein by reference in their entirety. Supplementary materials referred to in the publication, such as supplementary tables, supplementary figures, supplementary materials and methods, and/or supplementary experimental data, are also incorporated by reference in their entirety. In the event of any inconsistency between the disclosure of the present application and the disclosure of any document incorporated herein by reference, the disclosure of the present application shall control. The foregoing detailed description and examples are provided only for clarity of understanding. Unnecessary limitations should not be understood from them. The invention is not limited to the exact details shown and described, for variations obvious to one skilled in the art are included within the invention defined by the claims.
特に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される成分の量、分子量などを表す全ての数字は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。従って、特に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本発明によって得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。最低限でも、特許請求の範囲に均等論を限定する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効数字の数字を考慮して、通常の四捨五入技法を適用することによって解釈されるべきである。 Unless otherwise indicated, all numbers used in this specification and claims to describe the amounts of components, molecular weights, etc., are to be understood as being modified by the term "about" in all cases. is there. Therefore, unless otherwise specified, the numerical parameters described in the present specification and claims are approximate values that can be changed according to desired characteristics to be obtained by the present invention. At a minimum, and not as an attempt to limit the doctrine of equivalents to the claims, each numerical parameter is construed, at least in light of the number of significant figures reported, by applying conventional rounding techniques. Should be.
本発明の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、全ての数値は、本質的に、各々の試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じる範囲を含む。 Although the numerical ranges and parameters describing the broad scope of this invention are approximations, the numerical values given in a particular example are reported as accurately as possible. However, all numerical values inherently include the ranges necessarily resulting from the standard deviation found in each test measurement.
全ての見出しは読者の便宜のためであり、そのように指定されない限り、見出しに続く文章の意味を限定するために使用されるべきではない。 All headings are for the convenience of the reader and should not be used to limit the meaning of the text that follows the heading, unless so specified.
配列表Sequence listing
本願は、ASCII形式で電子提出され、参照によりその全体が本明細書に取り込まれる配列表を包含する。前記ASCIIコピーは2018年8月15日に作製され、IP−1584−PCT_SL.txtという名称で、35954キロバイトのサイズである。This application includes Sequence Listings that have been submitted electronically in ASCII format and are hereby incorporated by reference in their entireties. The ASCII copy was made on August 15, 2018, and is available as IP-1584-PCT_SL. It is named txt and has a size of 35954 kilobytes.
関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2017年6月7日に出願された米国仮出願第62/516,324号の利益を主張する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit of US Provisional Application No. 62/516,324, filed June 7, 2017, which is hereby incorporated by reference.
本開示の実施形態は、核酸の配列決定に関する。特に、本明細書に提供される方法及び組成物の実施形態は、単一細胞亜硫酸水素配列決定ライブラリーを生成することと、それから配列データを得ることに関する。 Embodiments of the disclosure relate to nucleic acid sequencing. In particular, embodiments of the methods and compositions provided herein relate to generating a single cell bisulfite sequencing library and obtaining sequence data therefrom.
高細胞数単一細胞配列決定は、トランスクリプトーム、クロマチン接近性、及び変異の相違を介する複雑な組織内の集団の分離におけるその有効性を示した。さらに、単一細胞分割は、DNAのメチル化のようなゲノム特異的パターンで細胞分化軌跡を評価することを可能にした。DNAメチル化はシトシンへの共有結合的付加であり、組織発現における活性修飾の対象である細胞型特異性を有する標識である。DNAメチル化は、亜硫酸水素ナトリウム処理の脱アミノ化ケミストリーを用いて塩基対分割でプローブすることができる。 High cell number single cell sequencing has demonstrated its effectiveness in segregating populations within complex tissues via transcriptome, chromatin accessibility, and mutation differences. Furthermore, single cell division allowed us to assess cell differentiation trajectories in a genome-specific pattern such as DNA methylation. DNA methylation is a covalent addition to cytosine and is a cell-type specific target for activity modification in tissue expression. DNA methylation can be probed by base pair resolution using deamination chemistry of sodium bisulfite treatment.
最近の研究は、単一細胞縮小表現亜硫酸水素配列決定(scRRBS)又は単一細胞全ゲノム亜硫酸水素配列決定(scWGBS)のいずれかにおいて単一細胞入力を必要とする限り、亜硫酸水素配列決定を最適化した。しかしながら、これらの方法は、単一細胞反応が分離して実行される並列及び分離ライブラリー生成を介した単一細胞デコンボリューションに依存して、拡張性に欠ける。全く新しい試薬の組が、各細胞配列決定のために必要とされ、その結果、追加の各細胞のためのコストが線形に拡大縮小される。DNAの亜硫酸水素変換の課題のために、液滴又はチップベースのマイクロ流体システムは、単一細胞亜硫酸水素配列決定のために展開されておらず、また、代替的なプラットフォームを使用する理論的に実行可能ないかなる戦略も存在しない。 Recent studies have optimized bisulfite sequencing as long as single cell input is required, either in single cell reduced expression bisulfite sequencing (scRRBS) or single cell whole genome bisulfite sequencing (scWGBS). Turned into However, these methods lack scalability, relying on single cell deconvolution through parallel and separate library generation, where single cell reactions are performed separately. A whole new set of reagents is required for each cell sequencing, resulting in a linear scaling of the cost for each additional cell. Due to the challenge of bisulfite conversion of DNA, droplet- or chip-based microfluidic systems have not been developed for single-cell bisulfite sequencing, and theoretically using alternative platforms. There is no viable strategy.
本明細書では、組成物と、拡張可能な高細胞数単一細胞メチロームプロファイリングアッセイが提供される。単一細胞全ゲノム配列決定(scWGBS)は、細胞が大量に処理され、単一細胞出力がインシリコで逆多重化され得るように、本明細書に提供される単一細胞組み合わせインデックス付加戦略によって改善される。いくつかの実施形態において、本明細書に提供される方法は、トランスポザーゼに基づくアダプターの組み込みを利用し、これは、方法を出るよりも、増加した有効性及びはるかに高いアラインメント速度を生じる。2つの配列決定アダプターのうちの1つを付加するためのトランスポザーゼの使用は、より少ない雑音読み取りではるかに効率的なライブラリー構築を可能にし、従って、単一細胞単一ウェル方法を使用する10〜30%と比較した場合、約60%のアラインメント速度(大量細胞戦略と同様の速度)を生じる。これは、より有用な配列読み取りと、アッセイの配列決定部の劇的な費用削減とをもたらす。単一細胞亜硫酸水素配列決定ライブラリーを作製するための単一細胞組み合わせインデックス付加戦略の使用は、最小の衝突速度を有するヒト及びマウス細胞の混合物上で実証される。また、3つのヒト細胞型の混合の成功したデコンボリューションが実証され、公的に利用可能なデータを使用して細胞型割当てを達成する。 Provided herein are compositions and expandable high cell number single cell methylome profiling assays. Single Cell Whole Genome Sequencing (scWGBS) is improved by the single cell combinatorial indexing strategy provided herein such that cells can be processed in bulk and single cell outputs can be demultiplexed in silico. To be done. In some embodiments, the methods provided herein utilize the incorporation of transposase-based adapters, which results in increased efficacy and much higher alignment rates than exiting the method. The use of transposase to add one of the two sequencing adapters allows for much more efficient library construction with less noise reading, thus using the single cell single well method 10. Alignment rates of approximately 60% (similar to the bulk cell strategy) are produced when compared to -30%. This results in more useful sequence reads and a dramatic cost savings for the sequencing portion of the assay. The use of a single cell combinatorial indexing strategy to generate a single cell bisulfite sequencing library is demonstrated on a mixture of human and mouse cells with minimal collision rates. Also, successful deconvolution of a mixture of three human cell types has been demonstrated to achieve cell type assignment using publicly available data.
定義
本明細書で使用される場合、用語「生物」、「対象」は互換的に使用され、動物及び植物を指す。動物の例は、ヒトなどの哺乳動物である。
Definitions As used herein, the terms "organism", "subject" are used interchangeably and refer to animals and plants. Examples of animals are mammals such as humans.
本明細書で使用される場合、用語「細胞型」は、形態、表現型、発生起源、又は他の既知の、若しくは認識可能な区別可能な細胞特徴に基づいて細胞を同定することを意図する。単一の生物(又は同じ種の生物)から、種々の異なる細胞型を得ることができる。例示的な細胞型としては、膀胱、膵臓上皮、膵臓α、膵臓β、膵臓内皮、骨髄リンパ芽球、骨髄Bリンパ芽腫、骨髄マクロファージ、骨髄赤芽球、骨髄樹状、骨髄脂肪細胞、骨髄骨細胞、骨髄軟骨細胞、前骨髄球(promyeloblast)、骨髄巨核芽球、膀胱、脳Bリンパ球、脳膠細胞、ニューロン、脳星状細胞、神経外胚葉、脳マクロファージ、脳小膠細胞、脳上皮、皮質ニューロン、脳線維芽細胞、乳房上皮、結腸上皮、結腸Bリンパ球、乳房上皮、乳房筋上皮、乳房線維芽細胞、結腸腸細胞、子宮頸部上皮、卵巣上皮、卵巣線維芽細胞、乳管上皮、舌上皮、扁桃腺樹状、扁桃腺Bリンパ球、末梢血リンパ芽球、末梢血Tリンパ芽球、末梢血皮膚Tリンパ球、末梢血ナチュラルキラー、末梢血Bリンパ芽球、末梢血単球、末梢血骨髄芽球、末梢血単芽球、末梢血前骨髄球、末梢血マクロファージ、末梢血好塩基球、肝臓内皮、肝臓肥満、肝臓上皮、肝臓Bリンパ球、脾臓内皮、脾臓上皮、脾臓Bリンパ球、肝細胞、肝臓アレキサンダー、肝臓線維芽細胞、肺上皮、気管支上皮、肺線維芽細胞、肺Bリンパ球、肺シュワン、肺扁平上皮、肺マクロファージ、肺骨芽細胞、神経内分泌、肺胞、胃上皮、及び胃線維芽細胞が挙げられるが、これらに限定されない。 As used herein, the term "cell type" is intended to identify a cell based on morphology, phenotype, developmental origin, or other known or discernible distinctive cellular characteristic. .. A variety of different cell types can be obtained from a single organism (or organism of the same species). Exemplary cell types include bladder, pancreatic epithelium, pancreatic α, pancreatic β, pancreatic endothelium, bone marrow lymphoblasts, bone marrow B lymphoblastoma, bone marrow macrophages, bone marrow erythroblasts, bone marrow dendritic cells, bone marrow adipocytes, bone marrow. Bone cells, bone marrow chondrocytes, promyeloblast, myelomegaloblasts, bladder, brain B lymphocytes, glial cells, neurons, brain astrocytes, neuroectodermal, brain macrophages, brain microglia, brain Epithelium, cortical neuron, brain fibroblast, breast epithelium, colon epithelium, colon B lymphocyte, breast epithelium, breast myoepithelium, breast fibroblast, colon enterocyte, cervical epithelium, ovarian epithelium, ovarian fibroblast, Ductal epithelium, tongue epithelium, tonsil dendritic, tonsil B lymphocyte, peripheral blood lymphoblast, peripheral blood T lymphoblast, peripheral blood cutaneous T lymphocyte, peripheral blood natural killer, peripheral blood B lymphoblast, Peripheral blood monocytes, peripheral blood myeloblasts, peripheral blood monoblasts, peripheral blood promyelocytes, peripheral blood macrophages, peripheral blood basophils, liver endothelium, liver obesity, liver epithelium, liver B lymphocytes, spleen endothelium, Splenic epithelium, splenic B lymphocyte, hepatocyte, liver alexander, liver fibroblast, lung epithelium, bronchial epithelium, lung fibroblast, lung B lymphocyte, lung Schwann, lung squamous epithelium, lung macrophage, lung osteoblast, Neuroendocrine, alveoli, gastric epithelium, and gastric fibroblasts include, but are not limited to.
本明細書で使用される場合、用語「組織」は、生物において1つ以上の特異的機能を実行するために一緒に作用する細胞の収集又は凝集を意味することが意図される。細胞は、場合により、形態学的に類似していてもよい。例示的な組織としては、眼、筋肉、皮膚、腱、静脈、動脈、血、心臓、脾臓、リンパ節、骨、骨髄、肺、気管支、気管、腸、小腸、大腸、結腸、直腸、唾液腺、舌、胆嚢、虫垂、肝臓、膵臓、脳、胃、皮膚、腎臓、尿管、膀胱、尿道、性腺、精巣、卵巣、子宮、卵管、胸腺、下垂体、甲状腺、副腎、又は副甲状腺が挙げられるが、これらに限定されない。組織は、ヒト又は他の生物の種々の器官のいずれかに由来し得る。組織は、健康な組織又は不健康な組織であり得る。不健康な組織の例としては、異常なメチル化を伴う種々の悪性腫瘍、例えば、肺、乳房、結腸直腸、前立腺、鼻咽頭、胃、精巣、皮膚、神経系、骨、卵巣、肝臓、血液組織、膵臓、子宮、腎臓、リンパ組織などにおける悪性腫瘍が挙げられるが、これらに限定されない。悪性腫瘍は、種々の組織学的サブタイプ、例えば、癌腫、腺癌、肉腫、線維腺癌、神経内分泌、又は未分化であり得る。 As used herein, the term "tissue" is intended to mean the collection or aggregation of cells that work together to carry out one or more specific functions in an organism. The cells may optionally be morphologically similar. Exemplary tissues include eyes, muscles, skin, tendons, veins, arteries, blood, heart, spleen, lymph nodes, bone, bone marrow, lungs, bronchi, trachea, intestine, small intestine, large intestine, colon, rectum, salivary gland, Tongue, gallbladder, appendix, liver, pancreas, brain, stomach, skin, kidney, ureter, bladder, urethra, gonad, testis, ovary, uterus, fallopian tube, thymus, pituitary gland, thyroid, adrenal gland, or parathyroid gland However, the present invention is not limited to these. The tissue can be from any of various organs of humans or other organisms. The tissue can be healthy tissue or unhealthy tissue. Examples of unhealthy tissues include various malignancies with abnormal methylation, such as lung, breast, colorectal, prostate, nasopharyngeal, stomach, testis, skin, nervous system, bone, ovary, liver, blood tissue. , But not limited to malignant tumors in the pancreas, uterus, kidneys, lymphoid tissues and the like. Malignant tumors can be of various histological subtypes, eg, carcinoma, adenocarcinoma, sarcoma, fibroadenocarcinoma, neuroendocrine, or undifferentiated.
本明細書で使用される場合、用語「区画」は、何かを他のものから分離又は隔離する範囲又は容積を意味することを意図する。例示的な区画は、バイアル、チューブ、ウェル、液滴、ボーラス、ビーズ、容器、表面特徴、又は流体流、磁力、電流などの物理的な力によって分離された範囲又は容積を含むが、これらに限定されない。一実施形態では、区画は96ウェルプレート又は384ウェルプレートなどのマルチウェルプレートのウェルである。 As used herein, the term "compartment" is intended to mean a range or volume that separates or isolates something from another. Exemplary compartments include, but are not limited to, vials, tubes, wells, droplets, boluses, beads, containers, surface features, or ranges or volumes separated by physical forces such as fluid flow, magnetic forces, electric currents. Not limited. In one embodiment, the compartments are the wells of a multi-well plate such as a 96-well plate or a 384-well plate.
本明細書で使用される場合、「トランスポソーム複合体」は、組み込み酵素及び組み込み認識部位を含む核酸を指す。「トランスポソーム複合体」は、転位反応を触媒し得るトランスポザーゼ及びトランスポザーゼ認識部位によって形成される機能的複合体である(例えば、Gunderson et al.、国際公開第2016/130704号パンフレット参照されたい)。組み込み酵素の例としては、インテグラーゼ又はトランスポザーゼなどが挙げられるが、これらに限定されない。組み込み認識部位の例としては、トランスポザーゼ認識部位が挙げられるが、これに限定されない。 As used herein, "transposome complex" refers to a nucleic acid that contains an integrative enzyme and an integrative recognition site. A "transposome complex" is a functional complex formed by a transposase and a transposase recognition site capable of catalyzing a rearrangement reaction (see, for example, Gunderson et al., WO 2016/130704). Examples of incorporated enzymes include, but are not limited to, integrase or transposase and the like. Examples of integrated recognition sites include, but are not limited to, transposase recognition sites.
本明細書で使用される場合、用語「核酸」は、当技術分野におけるその使用と一致することが意図され、天然に存在する核酸又はその機能的類似体を含む。特に有用な機能的類似体は、配列特異的な様式で核酸にハイブリダイズすることができ、又は特定のヌクレオチド配列の複製のための鋳型として使用することができる。天然に存在する核酸は、一般に、ホスホジエステル結合を含有する骨格を有する。類似体構造は、当技術分野で既知の種々の任意のものを含む、代替の骨格結合を有し得る。天然に存在する核酸は、一般に、デオキシリボース糖(例えば、デオキシリボ核酸(DNA)中に見出される)又はリボース糖(例えば、リボ核酸(RNA)中に見出される)を有する。核酸は、当技術分野で既知のこれらの糖部分の様々な類似体のいずれかを含むことができる。核酸は、天然又は非天然塩基を含むことができる。この点に関して、天然デオキシリボ核酸は、アデニン、チミン、シトシン又はグアニンからなる群から選択される1つ以上の塩基を有することができ、リボ核酸は、ウラシル、アデニン、シトシン又はグアニンからなる群から選択される1つ以上の塩基を有することができる。核酸に含まれ得る有用な非天然塩基は、当技術分野で既知である。非天然塩基の例としては、ロックト核酸(LNA)及び架橋核酸(BNA)が挙げられる。LNA及びBNA塩基は、DNAオリゴヌクレオチドに組み込まれ、オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーション強度及び特異性を増大させることができる。LNA及びBNA塩基と、そのような塩基の使用は、当業者に公知であり、日常的である。 As used herein, the term "nucleic acid" is intended to be consistent with its use in the art and includes naturally occurring nucleic acids or functional analogs thereof. Particularly useful functional analogs can hybridize to nucleic acids in a sequence specific manner, or can be used as templates for the replication of specific nucleotide sequences. Naturally occurring nucleic acids generally have a backbone that contains phosphodiester bonds. The analog structure can have alternative backbone bonds, including any of a variety known in the art. Naturally occurring nucleic acids generally have a deoxyribose sugar (eg, found in deoxyribonucleic acid (DNA)) or a ribose sugar (eg, found in ribonucleic acid (RNA)). The nucleic acid can include any of the various analogs of these sugar moieties known in the art. Nucleic acids can include natural or unnatural bases. In this regard, the natural deoxyribonucleic acid can have one or more bases selected from the group consisting of adenine, thymine, cytosine or guanine, the ribonucleic acid being selected from the group consisting of uracil, adenine, cytosine or guanine. It may have one or more bases as described. Useful non-natural bases that can be included in nucleic acids are known in the art. Examples of non-natural bases include locked nucleic acids (LNA) and bridging nucleic acids (BNA). LNA and BNA bases can be incorporated into DNA oligonucleotides to increase oligonucleotide hybridization strength and specificity. LNA and BNA bases and the use of such bases are known and routine to those of skill in the art.
本明細書で使用される場合、用語「標的」は、核酸を参照して使用される場合、本明細書に示される方法又は組成物の文脈における核酸の意味識別名として意図され、さもなければ明示的に示されるものを超えて核酸の構成又は機能を必ずしも限定しない。標的核酸は、本質的に、既知又は未知の配列の任意の核酸であり得る。それは、例えば、ゲノムDNA又はcDNAの断片であり得る。配列決定は、標的分子の全体又は一部の配列の決定をもたらし得る。標的は、核のような一次核酸サンプルに由来し得る。一実施形態において、標的は、各標的断片の末端に汎用配列を置くことによって、増幅に好適な鋳型に処理され得る。標的はまた、一次RNAサンプルから、cDNAへの逆転写によって得ることができる。 As used herein, the term "target", when used with reference to a nucleic acid, is intended as the semantic identifier of the nucleic acid in the context of the methods or compositions presented herein, or otherwise. It does not necessarily limit the composition or function of the nucleic acid beyond what is explicitly indicated. The target nucleic acid can be essentially any nucleic acid of known or unknown sequence. It can be, for example, a fragment of genomic DNA or cDNA. Sequencing can result in the determination of the sequence of all or part of a target molecule. The target can be derived from a primary nucleic acid sample such as a nucleus. In one embodiment, the target can be processed into a template suitable for amplification by placing a universal sequence at the end of each target fragment. Targets can also be obtained from the primary RNA sample by reverse transcription into cDNA.
本明細書で使用される場合、用語「汎用」は、ヌクレオチド配列を説明するために使用される場合、分子が互いに異なる配列の領域も有する、2つ以上の核酸分子に共通する配列の領域を指す。分子のコレクションの異なるメンバーに存在する汎用配列は、汎用配列の一部、例えば、汎用捕捉配列に相補的である汎用捕捉核酸、例えば捕捉オリゴヌクレオチドの集団を使用して、複数の異なる核酸の捕捉を可能にすることができる。汎用捕捉配列の非限定的な例には、P5及びP7プライマーと同一又は相補的な配列が含まれる。同様に、分子のコレクションの異なるメンバーに存在する汎用配列は、汎用配列の一部、例えば、汎用アンカー配列に相補的である汎用プライマーの集団を使用して、複数の異なる核酸の複製又は増幅を可能にし得る。従って、捕捉オリゴヌクレオチド又は汎用プライマーは、汎用配列に特異的にハイブリダイズし得る配列を含む。 As used herein, the term "generic", when used to describe a nucleotide sequence, refers to a region of sequence common to two or more nucleic acid molecules, which molecule also has regions of sequence that differ from each other. Point to. A universal sequence that is present in different members of a collection of molecules can be used to capture a plurality of different nucleic acids using a population of universal capture nucleic acids, e. Can be enabled. Non-limiting examples of universal capture sequences include sequences that are the same or complementary to the P5 and P7 primers. Similarly, a universal sequence that is present in a different member of a collection of molecules uses a portion of the universal sequence, for example, a population of universal primers that are complementary to a universal anchor sequence, to replicate or amplify multiple different nucleic acids. May enable. Thus, the capture oligonucleotide or universal primer comprises a sequence that can specifically hybridize to the universal sequence.
用語「P5」及び「P7」は、増幅プライマー、例えば捕捉オリゴヌクレオチドを指す場合に使用され得る。用語「P5’」(P5’プライマー)及び「P7’」(P7’プライマー)は、各々P5及びP7の相補体を指す。任意の適切な増幅プライマーが本明細書に提示される方法において使用され得ること、及びP5及びP7の使用は、例示的な実施形態のみであることが理解されるであろう。フローセル上でのP5及びP7のような増幅プライマーの使用は、国際公開第2007/010251号パンフレット、国際公開第2006/064199号パンフレット、国際公開第2005/065814号パンフレット、国際公開第2015/106941号パンフレット、国際公開第1998/044151号パンフレット、及び国際公開第2000/018957号パンフレットの開示によって例示されるように、当技術分野で既知である。例えば、任意の適切なフォワード増幅プライマーは、固定化されているか溶液中であるかにかかわらず、相補的配列へのハイブリダイゼーション及び配列の増幅のために本明細書に提示される方法において有用であり得る。同様に、任意の適切な逆増幅プライマーは、固定化されているか溶液中であるかにかかわらず、相補的配列へのハイブリダイゼーション及び配列の増幅のために本明細書に提示される方法において有用であり得る。当業者は、本明細書に提示されるような核酸の捕捉及び/又は増幅に適切なプライマー配列を設計及び使用する方法を理解するであろう。 The terms "P5" and "P7" may be used when referring to amplification primers, such as capture oligonucleotides. The terms "P5'" (P5' primer) and "P7'" (P7' primer) refer to the complements of P5 and P7, respectively. It will be appreciated that any suitable amplification primer can be used in the methods presented herein, and the use of P5 and P7 is an exemplary embodiment only. The use of amplification primers such as P5 and P7 on flow cells is described in WO2007/010251, WO2006/064199, WO2005/065814, WO2015/106941. It is known in the art, as exemplified by the disclosures of the pamphlet, WO 1998/044151 and WO 2000/018957. For example, any suitable forward amplification primer, whether immobilized or in solution, is useful in the methods presented herein for hybridization to complementary sequences and amplification of sequences. possible. Similarly, any suitable reverse amplification primer, whether immobilized or in solution, is useful in the methods provided herein for hybridization to complementary sequences and amplification of sequences. Can be Those skilled in the art will understand how to design and use suitable primer sequences for the capture and/or amplification of nucleic acids as presented herein.
本明細書で使用される場合、用語「プライマー」及びその派生語は、一般に、目的の標的配列にハイブリダイズし得る任意の核酸を指す。典型的には、プライマーは、ヌクレオチドがポリメラーゼによって重合され得る基質として機能するが、いくつかの実施形態では、プライマーは、合成された核酸鎖に組み込まれ、別のプライマーがハイブリダイズして合成核酸分子に相補的である新しい鎖をプライム合成し得る部位を提供し得る。プライマーは、ヌクレオチド又はその類似体の任意の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、プライマーは、一本鎖オリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチドである。用語「ポリヌクレオチド」及び「オリゴヌクレオチド」は、本明細書では、任意の長さのヌクレオチドのポリマー形態を指すために互換的に使用され、リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、それらの類似体、又はそれらの混合物を含み得る。この用語は、等価物として、ヌクレオチド類似体から作製されたDNA又はRNAのいずれかの類似体を含み、一本鎖(例えば、センス又はアンチセンス)及び二本鎖ポリヌクレオチドに適用可能であると理解されるべきである。本明細書で使用される用語はまた、例えば逆転写酵素の作用によってRNA鋳型から産生される相補的又はコピーDNAであるcDNAを包含する。この用語は、分子の一次構造のみを指す。従って、この用語は、三本鎖、二本鎖及び一本鎖デオキシリボ核酸(「DNA」)、並びに三本鎖、二本鎖及び一本鎖リボ核酸(「RNA」)を含む。 As used herein, the term "primer" and its derivatives generally refer to any nucleic acid capable of hybridizing to a target sequence of interest. Typically, the primer functions as a substrate whose nucleotides can be polymerized by a polymerase, but in some embodiments, the primer is incorporated into a synthesized nucleic acid strand and another primer hybridizes to the synthetic nucleic acid. It may provide a site for prime synthesis of a new strand that is complementary to the molecule. Primers can include any combination of nucleotides or analogs thereof. In some embodiments, the primer is a single stranded oligonucleotide or polynucleotide. The terms "polynucleotide" and "oligonucleotide" are used interchangeably herein to refer to polymeric forms of nucleotides of any length, including ribonucleotides, deoxyribonucleotides, their analogs, or their It may include a mixture. The term includes, as equivalents, either DNA or RNA analogs made from nucleotide analogs and is applicable to single-stranded (eg, sense or antisense) and double-stranded polynucleotides. Should be understood. The term as used herein also includes cDNA, which is complementary or copy DNA produced from an RNA template, for example by the action of reverse transcriptase. This term refers only to the primary structure of the molecule. Thus, the term includes triple-stranded, double-stranded and single-stranded deoxyribonucleic acid (“DNA”), as well as triple-stranded, double-stranded and single-stranded ribonucleic acid (“RNA”).
本明細書で使用される場合、用語「アダプター」及びその派生語(例えば、汎用アダプター)は、一般に、本開示の核酸分子に連結され得る任意の直鎖オリゴヌクレオチドを指す。いくつかの実施形態では、アダプターは、サンプル中に存在する任意の標的配列の3’末端又は5’末端に実質的に相補的ではない。いくつかの実施形態では、適切なアダプター長は、約10〜100ヌクレオチド、約12〜60ヌクレオチド及び約15〜50ヌクレオチド長の範囲である。一般に、アダプターは、ヌクレオチド及び/又は核酸の任意の組み合わせを含み得る。いくつかの態様では、アダプターは、1つ以上の位置に1つ以上の切断可能な基を含むことができる。別の態様では、アダプターは、プライマー、例えば汎用プライマーの少なくとも一部と実質的に同一又は実質的に相補的な配列を含むことができる。いくつかの実施形態では、アダプターは、下流の誤り訂正、識別、又は順序付けを支援するために、バーコード又はタグを含むことができる。「アダプター(adaptor)」及び「アダプター(adapter)」という用語は、互換的に使用される。 As used herein, the term "adapter" and its derivatives (eg, universal adapter) generally refers to any linear oligonucleotide that can be linked to the nucleic acid molecules of the present disclosure. In some embodiments, the adapter is not substantially complementary to the 3'or 5'ends of any target sequence present in the sample. In some embodiments, suitable adapter lengths range from about 10-100 nucleotides, about 12-60 nucleotides and about 15-50 nucleotides in length. In general, the adapter can include any combination of nucleotides and/or nucleic acids. In some aspects, the adapter can include one or more cleavable groups at one or more positions. In another aspect, the adapter can include a sequence that is substantially identical or substantially complementary to at least a portion of a primer, eg, a universal primer. In some embodiments, the adapter can include a barcode or tag to aid downstream error correction, identification, or ordering. The terms "adaptor" and "adapter" are used interchangeably.
本明細書で使用される場合、用語「各」は、項目の集合体に関連して使用される場合、集合体内の個々の項目を識別することを意図するが、文脈が別段に明確に指示しない限り、必ずしも集合体内の全ての項目を指すわけではない。 As used herein, the term "each", when used in reference to a collection of items, is intended to identify individual items within the collection, but the context clearly indicates otherwise. Unless it does, it does not necessarily refer to every item in the collection.
本明細書で使用される場合、用語「輸送」は、流体を通る分子の移動を指す。この用語は、その濃度勾配に沿った分子の移動(例えば、受動拡散)のような受動輸送を含み得る。この用語はまた、分子がそれらの濃度勾配に沿って、又はそれらの濃度勾配に逆らって移動することができる能動輸送を含むことができる。従って、輸送は、1つ以上の分子を所望の方向に、又は増幅部位などの所望の位置に移動させるためにエネルギーを印加することを含むことができる。 As used herein, the term "transport" refers to the movement of molecules through a fluid. The term may include passive transport, such as migration of molecules along their concentration gradient (eg, passive diffusion). The term can also include active transport, where molecules can move along or against their concentration gradient. Thus, transport can include applying energy to move one or more molecules in a desired direction or to a desired location, such as an amplification site.
本明細書で使用される場合、「増幅する」、「増幅」又は「増幅反応」及びそれらの派生語は、一般に、核酸分子の少なくとも一部が、少なくとも1つの追加の核酸分子に複製又はコピーされる、任意の作用又はプロセスを指す。追加の核酸分子は、場合により、鋳型核酸分子の少なくともいくつかの部分と実質的に同一又は実質的に相補的である配列を含む。鋳型核酸分子は、一本鎖又は二本鎖であり得、追加の核酸分子は、独立して、一本鎖又は二本鎖であり得る。増幅は、場合により、核酸分子の線形又は指数関数的複製を含む。いくつかの実施形態では、そのような増幅は、等温条件を使用して行うことができ、別の実施形態では、そのような増幅は、熱サイクルを含むことができる。いくつかの実施形態では、増幅は、単一の増幅反応における複数の標的配列の同時増幅を含む多重増幅である。いくつかの実施形態では、「増幅」は、DNA及びRNAベースの核酸の少なくともいくつかの部分の単独又は組み合わせでの増幅を含む。増幅反応は、当業者に既知の増幅プロセスのいずれかを含むことができる。いくつかの実施形態では、増幅反応は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を含む。 As used herein, "amplify", "amplification" or "amplification reaction" and their derivatives generally mean that at least a portion of a nucleic acid molecule is replicated or copied into at least one additional nucleic acid molecule. Refers to any action or process. The additional nucleic acid molecule optionally comprises a sequence that is substantially identical or substantially complementary to at least some portion of the template nucleic acid molecule. Template nucleic acid molecules can be single-stranded or double-stranded, and additional nucleic acid molecules can be single-stranded or double-stranded independently. Amplification optionally involves linear or exponential replication of the nucleic acid molecule. In some embodiments, such amplification can be performed using isothermal conditions, and in other embodiments, such amplification can include thermocycling. In some embodiments, the amplification is a multiplex amplification that involves the simultaneous amplification of multiple target sequences in a single amplification reaction. In some embodiments, "amplifying" comprises amplifying at least some portions of DNA and RNA based nucleic acids, alone or in combination. The amplification reaction can include any of the amplification processes known to those of skill in the art. In some embodiments, the amplification reaction comprises the polymerase chain reaction (PCR).
本明細書で使用される場合、「増幅条件」及びその派生語は、一般に、1つ以上の核酸配列を増幅するために適切な条件を指す。このような増幅は、線形又は指数関数的であり得る。いくつかの実施形態では、増幅条件は等温条件を含むことができ、或いは、熱サイクル条件、又は等温条件と熱サイクル条件の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、1つ以上の核酸配列を増幅するために適切な条件は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)条件を含む。典型的には、増幅条件は、1つ以上の標的配列のような核酸を増幅するのに、又は1つ以上のアダプター、例えばアダプター連結増幅標的配列に連結された増幅標的配列を増幅するのに十分な反応混合物を指す。一般に、増幅条件は、増幅又は核酸合成のための触媒、例えば、ポリメラーゼ;増幅される核酸に対してある程度の相補性を有するプライマー;及び核酸にハイブリダイズした後にプライマーの伸長を促進するためのヌクレオチド、例えばデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)を含む。増幅条件は、核酸へのプライマーのハイブリダイゼーション又はアニーリング、プライマーの伸長、及び伸長されたプライマーが増幅を受ける核酸配列から分離される変性工程を必要とし得る。典型的には、増幅条件は熱サイクルを含むことができるが、必ずしもその必要はなく、いくつかの実施形態では、増幅条件はアニーリング、伸長、及び分離の工程が繰り返される複数のサイクルを含む。典型的には、増幅状態は、Mg2+又はMn2+などのカチオンを含み、イオン強度の様々な調整剤を含むこともできる。 As used herein, "amplification conditions" and derivatives thereof generally refer to conditions suitable for amplifying one or more nucleic acid sequences. Such amplification can be linear or exponential. In some embodiments, amplification conditions can include isothermal conditions, or can include thermocycling conditions, or a combination of isothermal and thermocycling conditions. In some embodiments, suitable conditions for amplifying one or more nucleic acid sequences include polymerase chain reaction (PCR) conditions. Typically, amplification conditions are for amplifying nucleic acids such as one or more target sequences or for amplifying amplified target sequences linked to one or more adapters, eg, adapter-ligated amplification target sequences. Refers to sufficient reaction mixture. Generally, amplification conditions include a catalyst for amplification or nucleic acid synthesis, such as a polymerase; a primer with some complementarity to the nucleic acid to be amplified; and nucleotides to facilitate extension of the primer after hybridizing to the nucleic acid. , For example, deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP). Amplification conditions may require hybridization or annealing of the primer to the nucleic acid, extension of the primer, and denaturing steps in which the extended primer is separated from the nucleic acid sequence undergoing amplification. Typically, the amplification conditions can, but need not, include thermocycling, and in some embodiments, the amplification conditions include multiple cycles in which the steps of annealing, extension, and separation are repeated. Typically, the amplification state will contain cations such as Mg 2+ or Mn 2+ and may also contain various modifiers of ionic strength.
本明細書で使用される場合、「再増幅」及びその派生語は、一般に、増幅された核酸分子の少なくとも一部が、任意の適切な増幅プロセス(いくつかの実施形態では、「二次」増幅と呼ばれる)を介してさらに増幅され、それによって、再増幅された核酸分子を産生する、任意のプロセスを指す。二次増幅は、増幅された核酸分子が産生された元の増幅プロセスと同一である必要はなく、増幅された核酸分子が増幅された核酸分子と完全に同一又は完全に相補的である必要もなく、必要なのは、再増幅された核酸分子が増幅された核酸分子又はその相補体の少なくとも一部を含むことだけである。例えば、再増幅は、一次増幅とは異なる標的特異的プライマーを含む、異なる増幅条件及び/又は異なるプライマーの使用を含み得る。 As used herein, "reamplification" and its derivatives generally mean that at least a portion of the amplified nucleic acid molecule is from any suitable amplification process (in some embodiments, "secondary"). Referred to as amplification), thereby producing a reamplified nucleic acid molecule. The secondary amplification need not be the same as the original amplification process by which the amplified nucleic acid molecule was produced, nor that the amplified nucleic acid molecule is exactly the same or is completely complementary to the amplified nucleic acid molecule. Nonetheless, it is only necessary that the reamplified nucleic acid molecule comprises at least part of the amplified nucleic acid molecule or its complement. For example, reamplification can include different amplification conditions and/or the use of different primers, including different target-specific primers than the primary amplification.
本明細書で使用される場合、用語「ポリメラーゼ連鎖反応」(「PCR」)は、Mullis米国特許第4,683,195号明細書及び同第4,683,202号明細書の方法を指し、これらは、クローニング又は精製なしにゲノムDNAの混合物中の目的のポリヌクレオチドのセグメントの濃度を増加させるための方法を記載する。目的のポリヌクレオチドを増幅するためのこのプロセスは、目的の所望のポリヌクレオチドを含むDNA混合物に大過剰の2つのオリゴヌクレオチドプライマーを導入し、続いてDNAポリメラーゼの存在下で一連の熱サイクルを行うことからなる。2つのプライマーは、目的の二本鎖ポリヌクレオチドの各々の鎖に相補的である。混合物は、最初に、より高い温度で変性され、次いでプライマーが、目的のポリヌクレオチド分子内の相補的配列にアニーリングされる。アニーリング後、プライマーをポリメラーゼで伸長させて、相補鎖の新しい対を形成する。変性、プライマーアニーリング及びポリメラーゼ伸長の工程は、目的の所望のポリヌクレオチドの増幅セグメントの高濃度を得るために、何度も繰り返され得る(サーモサイクリングと呼ばれる)。目的の所望のポリヌクレオチドの増幅セグメント(アンプリコン)の長さは、互いに対するプライマーの相対位置によって決定され、従って、この長さは、制御可能なパラメータである。このプロセスを繰り返すことにより、本方法は、「ポリメラーゼ連鎖反応」(以下、「PCR」)と呼ばれる。目的のポリヌクレオチドの所望の増幅セグメントは、混合物中の(濃度に関して)優勢な核酸配列になるので、それらは、「PCR増幅された」と言われる。上記の方法に対する改変において、標的核酸分子は、複数の異なるプライマー対、場合によっては、目的の標的核酸分子あたり1つ以上のプライマー対を使用してPCR増幅され得、それによって、多重PCR反応を形成する。 As used herein, the term “polymerase chain reaction” (“PCR”) refers to the method of Mullis US Pat. Nos. 4,683,195 and 4,683,202, These describe methods for increasing the concentration of a segment of a polynucleotide of interest in a mixture of genomic DNA without cloning or purification. This process for amplifying a polynucleotide of interest involves introducing a large excess of two oligonucleotide primers into a DNA mixture containing the desired polynucleotide of interest, followed by a series of thermal cycles in the presence of DNA polymerase. It consists of The two primers are complementary to each strand of the double-stranded polynucleotide of interest. The mixture is first denatured at higher temperature and then the primer is annealed to the complementary sequence within the polynucleotide molecule of interest. After annealing, the primers are extended with a polymerase to form new pairs of complementary strands. The steps of denaturation, primer annealing and polymerase extension can be repeated many times (called thermocycling) to obtain high concentrations of the amplified segment of the desired polynucleotide of interest. The length of the amplified segment (amplicon) of the desired polynucleotide of interest is determined by the relative position of the primers with respect to each other, and thus this length is a controllable parameter. By repeating this process, the method is referred to as the "polymerase chain reaction" (hereinafter "PCR"). Since the desired amplified segment of the polynucleotide of interest will be the predominant (in terms of concentration) nucleic acid sequence in the mixture, they are said to be "PCR amplified." In a modification to the above method, the target nucleic acid molecule can be PCR amplified using multiple different primer pairs, optionally one or more primer pairs per target nucleic acid molecule of interest, thereby providing a multiplex PCR reaction. Form.
本明細書で定義されるように、「多重増幅」は、少なくとも1つの標的特異的プライマーを使用する、サンプル内の2つ以上の標的配列の選択的及び非ランダム増幅を指す。いくつかの実施形態では、多重増幅は、標的配列のいくつか又は全てが単一の反応容器内で増幅されるように行われる。所定の多重増幅の「プレキシ」又は「プレックス」は、一般に、その単一多重増幅の間に増幅される異なる標的特異的配列の数を指す。いくつかの実施形態では、プレキシは、約12プレックス、24プレックス、48プレックス、96プレックス、192プレックス、384プレックス、768プレックス、1536プレックス、3072プレックス、6144プレックス以上であり得る。いくつかの異なる方法論(例えば、ゲル電気泳動、続いてデンシトメトリー、バイオアナライザーによる定量、又は定量的PCR、標識プローブとのハイブリダイゼーション;ビオチン化プライマーの組み込み、続いてアビジン−酵素コンジュゲート検出;増幅された標的配列への32P標識デオキシヌクレオチド三リン酸の組み込み)によって、増幅された標的配列を検出することも可能である。 As defined herein, "multiplex amplification" refers to the selective and non-random amplification of two or more target sequences in a sample using at least one target-specific primer. In some embodiments, multiplex amplification is performed such that some or all of the target sequences are amplified in a single reaction vessel. The “plexi” or “plex” of a given multiplex amplification generally refers to the number of different target-specific sequences amplified during that single multiplex amplification. In some embodiments, the plexi can be about 12, 24, 48, 96, 192, 384, 768, 1536, 3072, 6144 or more. Several different methodologies, such as gel electrophoresis followed by densitometry, bioanalyzer quantification, or quantitative PCR, hybridization with labeled probes; biotinylated primer incorporation, followed by avidin-enzyme conjugate detection; It is also possible to detect the amplified target sequence (by incorporation of 32 P-labeled deoxynucleotide triphosphate into the amplified target sequence).
本明細書で使用される場合、「増幅された標的配列」及びその派生語は、一般に、標的特異的プライマー及び本明細書に提供される方法を使用して、増幅標的配列によって産生される核酸配列を指す。増幅された標的配列は、標的配列に関して同じセンス(すなわち、プラス鎖)又はアンチセンス(すなわち、マイナス鎖)のいずれかであり得る。 As used herein, "amplified target sequence" and its derivatives generally refer to nucleic acid produced by an amplified target sequence using target-specific primers and the methods provided herein. Refers to an array. The amplified target sequence can be either the same sense (ie, plus strand) or antisense (ie, minus strand) with respect to the target sequence.
本明細書で使用される場合、用語「連結する」、「連結」及びそれらの派生語は、一般に、2つ以上の分子を一緒に共有結合的に連結するための、例えば、2つ以上の核酸分子を互いに共有結合的に連結するためのプロセスを指す。いくつかの実施形態では、連結は、核酸の隣接するヌクレオチド間のニックを連結することを含む。いくつかの実施形態では、連結は、第1の核酸分子の末端と第2の核酸分子の末端との間に共有結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、連結は、1つの核酸の5’リン酸基と第2の核酸の3’ヒドロキシル基との間に共有結合を形成し、それによって連結された核酸分子を形成することを含むことができる。一般に、本開示の目的のために、増幅された標的配列は、アダプターに連結されて、アダプター連結された増幅された標的配列を生成し得る。 As used herein, the terms “link”, “link” and their derivatives generally refer to covalently linking two or more molecules together, eg, two or more. Refers to the process for covalently linking nucleic acid molecules to each other. In some embodiments, linking comprises linking a nick between adjacent nucleotides of a nucleic acid. In some embodiments, the ligation comprises forming a covalent bond between the end of the first nucleic acid molecule and the end of the second nucleic acid molecule. In some embodiments, the linking forms a covalent bond between the 5'phosphate group of one nucleic acid and the 3'hydroxyl group of a second nucleic acid, thereby forming a linked nucleic acid molecule. Can be included. In general, for the purposes of this disclosure, the amplified target sequence may be ligated to an adapter to produce an adapter ligated amplified target sequence.
本明細書で使用される場合、「リガーゼ」及びその派生語は、一般に、2つの基質分子の連結を触媒することができる任意の薬剤を指す。いくつかの実施形態では、リガーゼは、核酸の隣接するヌクレオチド間のニックの結合を触媒することができる酵素を含む。いくつかの実施形態では、リガーゼは、1つの核酸分子の5’リン酸と別の核酸分子の3’ヒドロキシルとの間の共有結合の形成を触媒し、それによって連結された核酸分子を形成することができる酵素を含む。適切なリガーゼとしては、T4 DNAリガーゼ、T4 RNAリガーゼ、及び大腸菌(E.coli)DNAリガーゼが挙げられ得るが、これらに限定されない。 As used herein, "ligase" and its derivatives generally refer to any agent capable of catalyzing the linking of two substrate molecules. In some embodiments, the ligase comprises an enzyme capable of catalyzing the nicking between adjacent nucleotides of a nucleic acid. In some embodiments, the ligase catalyzes the formation of a covalent bond between the 5'phosphate of one nucleic acid molecule and the 3'hydroxyl of another nucleic acid molecule, thereby forming a linked nucleic acid molecule. Including enzymes that can. Suitable ligases can include, but are not limited to, T4 DNA ligase, T4 RNA ligase, and E. coli DNA ligase.
本明細書で使用される場合、「連結条件」及びその派生語は、一般に、2つの分子を互いに連結するために適切な条件を指す。いくつかの実施形態では、連結条件は、核酸間のニック又はギャップを封止するのに適している。本明細書で使用されるように、ニック又はギャップという用語は、当技術分野におけるこの用語の使用と一致する。典型的には、ニック又はギャップは、酵素(例えば、リガーゼ)の存在下、適切な温度及びpHで連結され得る。いくつかの実施形態では、T4 DNAリガーゼは、約70〜72℃の温度で核酸間のニックに結合することができる。 As used herein, "linking conditions" and derivatives thereof generally refer to conditions suitable for linking two molecules together. In some embodiments, the ligation conditions are suitable to seal nicks or gaps between nucleic acids. The term nick or gap, as used herein, is consistent with its use in the art. Typically, the nicks or gaps can be linked in the presence of an enzyme (eg, ligase) at a suitable temperature and pH. In some embodiments, T4 DNA ligase is capable of binding nicks between nucleic acids at temperatures of about 70-72°C.
本明細書で使用される「フローセル」という用語は、そこを横切って1つ以上の流体試薬を流すことができる固体表面を含むチャンバを指す。本開示の方法において容易に使用され得るフローセル並びに関連する流体システム及び検出プラットフォームの例は、参照により本明細書に組み込まれる、例えば、Bentley et al.、Nature 456:53−59(2008)、国際公開第04/018497号パンフレット;米国特許第7,057,026号パンフレット;国際公開第91/06678号パンフレット;国際公開第07/123744号パンフレット;米国特許第7,329,492号明細書;米国特許第7,211,414号明細書;米国特許第7,315,019号明細書;米国特許第7,405,281号明細書;及び米国特許出願公開第2008/01082号明細書に記載されている。 The term “flow cell” as used herein refers to a chamber containing a solid surface through which one or more fluid reagents can flow. Examples of flow cells and associated fluidic systems and detection platforms that can be readily used in the methods of the present disclosure are incorporated herein by reference, eg, Bentley et al. , Nature 456:53-59 (2008), WO 04/018497; US Pat. No. 7,057,026; WO 91/06678; WO 07/123744; US US Pat. No. 7,329,492; US Pat. No. 7,211,414; US Pat. No. 7,315,019; US Pat. No. 7,405,281; and US patents. It is described in Japanese Patent Application Publication No. 2008/01082.
本明細書で使用される「アンプリコン」という用語は、核酸に関して使用される場合、核酸をコピーする生成物を意味し、この生成物は、核酸のヌクレオチド配列の少なくとも一部と同じか又は相補的であるヌクレオチド配列を有する。アンプリコンは、例えば、ポリメラーゼ伸長、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、ローリングサークル増幅(RCA)、連結伸長、又は連結連鎖反応を含む、核酸又はそのアンプリコンを鋳型として使用する種々の増幅方法のいずれかによって産生され得る。アンプリコンは、特定のヌクレオチド配列の単一コピー(例えば、PCR産物)又はヌクレオチド配列の複数コピー(例えば、RCAのコンカテマー生成物)を有する核酸分子であり得る。標的核酸の第1のアンプリコンは、典型的には、相補的コピーである。後続のアンプリコンは、第1のアンプリコンの生成後に、標的核酸から、又は第1のアンプリコンから作製されるコピーである。後続のアンプリコンは、標的核酸に実質的に相補的であるか、又は標的核酸に実質的に同一である配列を有することができる。 As used herein, the term "amplicon," when used in reference to a nucleic acid, means a product that copies a nucleic acid, which product is the same as or complementary to at least a portion of the nucleotide sequence of the nucleic acid. Having a nucleotide sequence that is targeted. An amplicon is any of various amplification methods that use a nucleic acid or its amplicon as a template, including, for example, polymerase extension, polymerase chain reaction (PCR), rolling circle amplification (RCA), ligation extension, or ligation chain reaction. Can be produced by An amplicon can be a nucleic acid molecule that has a single copy of a particular nucleotide sequence (eg, a PCR product) or multiple copies of a nucleotide sequence (eg, a concatemer product of RCA). The first amplicon of the target nucleic acid is typically a complementary copy. Subsequent amplicons are copies made from the target nucleic acid or from the first amplicon after the production of the first amplicon. The subsequent amplicon can have a sequence that is substantially complementary to, or is substantially identical to, the target nucleic acid.
本明細書で使用される場合、用語「増幅部位」は、1つ以上のアンプリコンが生成され得るアレイ中又はアレイ上の部位を指す。増幅部位は、さらに、その部位で生成される少なくとも1つのアンプリコンを含む、保持する、又は付着させるように構成することができる。 As used herein, the term "amplification site" refers to a site in or on an array where one or more amplicons can be produced. The amplification site can be further configured to include, retain, or attach to at least one amplicon produced at that site.
本明細書で使用される場合、用語「アレイ」は、相対的位置に従って互いに区別され得る部位の集団を指す。アレイの異なる部位にある異なる分子は、アレイ内の部位の位置に従って互いに区別することができる。アレイの個々の部位は、特定の型の1つ以上の分子を含み得る。例えば、部位は、特定の配列を有する単一の標的核酸分子を含み得るか、又は部位は、同じ配列(及び/又はその相補的配列)を有するいくつかの核酸分子を含み得る。アレイの部位は、同じ基質上に配置された異なるフィーチャとすることができる。例示的なフィーチャとしては、基質内のウェル、基質内若しくは基質上のビーズ(又は他の粒子)、基質からの突起、基質上のリッジ、又は基質内のチャネルが挙げられるが、これらに限定されない。アレイの部位は、各々が異なる分子を有する別個の基質であり得る。別個の基質に付着した異なる分子は、基質が関連した表面上の基質の位置に従って、又は液体若しくはゲル中の基質の位置に従って同定することができる。別個の基質が表面上に位置する例示的なアレイには、ウェル中にビーズを有するものが含まれるが、これに限定されない。 As used herein, the term "array" refers to a population of sites that can be distinguished from each other according to their relative position. Different molecules at different sites of the array can be distinguished from each other according to the position of the sites in the array. Individual sites in the array may contain one or more molecules of a particular type. For example, a site may contain a single target nucleic acid molecule having a particular sequence, or a site may contain several nucleic acid molecules having the same sequence (and/or its complementary sequence). The sites of the array can be different features located on the same substrate. Exemplary features include, but are not limited to, wells within the substrate, beads (or other particles) within or on the substrate, protrusions from the substrate, ridges on the substrate, or channels within the substrate. .. The sites of the array can be separate substrates, each with a different molecule. Different molecules attached to separate substrates can be identified according to the position of the substrate on the surface with which the substrate is associated, or according to the position of the substrate in a liquid or gel. Exemplary arrays in which the discrete substrates are located on the surface include, but are not limited to, those with beads in the wells.
本明細書で使用される「容量」という用語は、部位及び核酸物質に関して使用される場合、部位を占めることができる核酸物質の最大量を意味する。例えば、この用語は、特定の状態において部位を占めることができる核酸分子の総数を指すことができる。例えば、特定の状態で部位を占めることができる核酸物質の総質量、又は特定のヌクレオチド配列のコピーの総数を含む、他の尺度も同様に使用することができる。典型的には、標的核酸に対する部位の容量は、標的核酸のアンプリコンに対する部位の容量と実質的に同等である。 As used herein, the term "volume", when used in reference to a site and nucleic acid material, means the maximum amount of nucleic acid material that can occupy the site. For example, the term can refer to the total number of nucleic acid molecules that can occupy a site in a particular state. Other measures can be used as well, including, for example, the total mass of nucleic acid material that can occupy a site in a particular state, or the total number of copies of a particular nucleotide sequence. Typically, the volume of the site for the target nucleic acid is substantially equivalent to the volume of the site for the amplicon of the target nucleic acid.
本明細書で使用される場合、用語「捕捉剤」は、標的分子(例えば、標的核酸)に付着、保持、又は結合することができる材料、化学物質、分子、又はその部分を指す。例示的な捕捉剤には、標的核酸の少なくとも一部に相補的である捕捉核酸(本明細書では捕捉オリゴヌクレオチドとも呼ばれる)、標的核酸(又はそれに付着した結合部分)に結合することができる受容体−リガンド結合対のメンバー(例えば、アビジン、ストレプトアビジン、ビオチン、レクチン、炭水化物、核酸結合タンパク質、エピトープ、抗体など)、又は標的核酸(又はそれに付着した結合部分)と共有結合を形成することができる化学試薬が含まれるが、これらに限定されない。 As used herein, the term "capture agent" refers to a material, chemical, molecule, or portion thereof that is capable of attaching, retaining or binding to a target molecule (eg, target nucleic acid). Exemplary capture agents include a capture nucleic acid that is complementary to at least a portion of the target nucleic acid (also referred to herein as a capture oligonucleotide), a receptor capable of binding to the target nucleic acid (or a binding moiety attached thereto). Can form a covalent bond with a member of a body-ligand binding pair (eg, avidin, streptavidin, biotin, lectin, carbohydrate, nucleic acid binding protein, epitope, antibody, etc.) or a target nucleic acid (or binding moiety attached thereto). These include, but are not limited to, possible chemical reagents.
本明細書で使用される場合、用語「クローン集団」は、特定のヌクレオチド配列に関して均一である核酸の集団を指す。均一配列は、典型的には、少なくとも10ヌクレオチド長であるが、さらに長くてもよく、例えば少なくとも50、100、250、500又は1000ヌクレオチド長を含む。クローン集団は、単一の標的核酸又は鋳型核酸に由来し得る。典型的には、クローン集団中の核酸の全ては、同じヌクレオチド配列を有するであろう。クローン性から逸脱することなく、クローン集団において少数の突然変異(例えば、増幅アーチファクトに起因する)が生じ得ることが理解される。 As used herein, the term "clonal population" refers to a population of nucleic acids that is homogenous with respect to a particular nucleotide sequence. Homogeneous sequences are typically at least 10 nucleotides in length, but can be longer, including at least 50, 100, 250, 500 or 1000 nucleotides in length. A clonal population can be derived from a single target nucleic acid or template nucleic acid. Typically, all of the nucleic acids in a clonal population will have the same nucleotide sequence. It is understood that a small number of mutations can occur in the clonal population (eg due to amplification artifacts) without departing from clonality.
本明細書で使用される場合、組成物、物品、核酸、又は核の文脈における「提供する」は、組成物、物品、核酸、若しくは核を作製すること、組成物、物品、核酸、若しくは核を購入すること、又はそれ以外で化合物、組成物、物品、物品、若しくは核を得ることを意味する。 As used herein, “providing” in the context of a composition, article, nucleic acid, or nucleus refers to making a composition, article, nucleic acid, or nucleus, composition, article, nucleic acid, or nucleus. Or otherwise obtaining the compound, composition, article, article, or nucleus.
「及び/又は」という用語は、列挙された要素のうちの1つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の2つ以上の組み合わせを意味する。 The term "and/or" means one or all of the listed elements or a combination of any two or more of the listed elements.
「好ましい」及び「好ましくは」という単語は、特定の状況下で、特定の利益を与え得る本発明の実施形態を指す。しかしながら、同じ又は別の状況下で、別の実施形態も好ましい場合がある。さらに、1つ以上の好ましい実施形態の記載は、別の実施形態が有用ではないことを示唆しておらず、別の実施形態を本発明の範囲から除外することを意図していない。 The words "preferred" and "preferably" refer to embodiments of the invention that may afford certain benefits, under certain circumstances. However, under the same or different circumstances, other embodiments may be preferred. Furthermore, the description of one or more preferred embodiments does not indicate that another embodiment is not useful, and is not intended to exclude another embodiment from the scope of the present invention.
用語「含む」及びその変形は、これらの用語が明細書及び特許請求の範囲に現れる場合、限定的な意味を有さない。 The term "comprising" and variations thereof do not have a limiting meaning where these terms appear in the description and claims.
「含む」又は「含んでいる」などの言葉で本明細書に記載される実施形態は、どこでも、「からなる」及び/又は「本質的にからなる」という用語で記載される他の点で類似の実施形態も提供されることが理解される。 Embodiments described herein in terms such as "comprises" or "comprising" are everywhere else described by the terms "consisting of" and/or "consisting essentially of." It is understood that similar embodiments are also provided.
別段の指定がない限り、「a」、「an」、「the」、及び「少なくとも1つ」は、互換的に使用され、1つ又は複数を意味する。 Unless otherwise specified, "a," "an," "the," and "at least one" are used interchangeably and mean one or more.
また、本明細書において、終点による数値範囲の記載は、その範囲内に包含される全ての数を含む(例えば、1〜5は、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5などを含む)。 Further, in the present specification, the description of the numerical range by the end point includes all the numbers included in the range (for example, 1 to 5 are 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3). .80, 4, 5, etc.).
別個の工程を含む本明細書に開示される任意の方法について、工程は、任意の実現可能な順序で行ってもよい。また、必要に応じて、2つ以上の工程の任意の組み合わせを同時に行ってもよい。 For any method disclosed herein, including separate steps, the steps may occur in any feasible order. Further, if desired, any combination of two or more steps may be performed simultaneously.
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「実施形態」、「特定の実施形態」、又は「いくつかの実施形態」などへの言及は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構成、組成、又は特性が本開示の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体の様々な箇所におけるこのような語句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構成、組成、又は特性は、1つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。 Throughout this specification, reference to "an embodiment," "an embodiment," "a particular embodiment," "some embodiments," or the like refers to a particular feature described in connection with that embodiment. , Composition, composition, or property is included in at least one embodiment of the present disclosure. Thus, the appearances of such phrases in various places throughout the specification are not necessarily all referring to the same embodiment of the disclosure. Furthermore, the particular features, configurations, compositions, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
本開示の具体的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと最もよく理解され得る。 The following detailed description of specific embodiments of the present disclosure can be best understood when read in conjunction with the following drawings.
概略図は必ずしも等尺ではない。図面で使用される同様の番号は、同様の構成要素、ステップなどを指す。しかしながら、所定の図において構成要素を指すための番号の使用は、同じ番号で標識される別の図における構成要素を限定することを意図しないことが理解されるであろう。さらに、構成要素を指すための異なる番号の使用は、異なる番号の構成要素が他の番号の構成要素と同一又は類似であり得ないことを示すことを意図していない。 The schematic is not necessarily isometric. Like numbers used in the figures refer to like components, steps, and the like. It will be appreciated, however, that the use of numbers to refer to components in a given figure is not intended to limit components in other figures that are labeled with the same number. Furthermore, the use of different numbers to refer to components is not intended to indicate that different numbered components may not be the same or similar to other numbered components.
本明細書に提供される方法は、複数の細胞由来の単離された核を提供することを含む(図1、ブロック12)。細胞は、任意の生物に由来してもよく、生物の任意の細胞型又は任意の組織に由来してもよい。方法はさらに、細胞を解離すること(図2、ブロックi)、及び/又は核を単離すること(図2、ブロックii)を含み得る。細胞から核を単離するための方法は、当業者に公知であり、日常的である。核の数は、少なくとも2であり得る。上限は、本明細書に記載の方法の他の工程に使用される装置(例えば、マルチウェルプレート)の実際的制限に依存する。例えば、一実施形態では、核の数は、1,000,000,000以下、100,000,000以下、10,000,000以下、1,000,000以下、10,000以下、又は1,000以下であり得る。当業者は、各核における核酸分子が生物の全遺伝的相補体を表し、イントロン及びエキソン配列の両方、並びにプロモーター及びエンハンサー配列のような非コード調節配列を含むゲノムDNA分子であることを認識するであろう。 The methods provided herein include providing isolated nuclei from multiple cells (Figure 1, block 12). The cell may be derived from any organism, and may be derived from any cell type or any tissue of the organism. The method may further comprise dissociating the cells (Figure 2, block i) and/or isolating the nucleus (Figure 2, block ii). Methods for isolating nuclei from cells are well known and routine to those of skill in the art. The number of nuclei can be at least 2. The upper limit depends on the practical limits of the equipment (eg, multiwell plate) used in the other steps of the methods described herein. For example, in one embodiment, the number of nuclei is 1,000,000 or less, 100,000,000 or less, 10,000,000 or less, 1,000,000 or less, 10,000 or less, or 1, 000 or less. Those skilled in the art will recognize that the nucleic acid molecule in each nucleus represents the entire genetic complement of the organism and is a genomic DNA molecule containing both intron and exon sequences and non-coding regulatory sequences such as promoter and enhancer sequences. Will.
一実施形態において、核は、ゲノムDNAに結合したヌクレオソームを含む。このような核は、sciATAC−seqのように、細胞の全ゲノムのDNA配列を決定しない方法において有用であり得る。別の実施形態では、単離された核は、ヌクレオソームの核を枯渇させる条件に供され、ヌクレオソーム枯渇核を生成する(図1、ブロック13、及び図2、ブロックii)。このような核は、細胞の全ゲノムDNA配列を決定することを目的とした方法において有用であり得る。一実施形態において、ヌクレオソーム枯渇に使用される条件は、単離された核の完全性を維持する。ヌクレオソーム枯渇核を生成するための方法は、当業者に公知である(例えば、Vitak et al.、2017、Nature Methods、14(3):302−308を参照されたい)。一実施形態では、本条件は、核酸−タンパク質相互作用を破壊することができるカオトロピック剤による処理を含む化学処理である。有用なカオトロピック剤の例としては、ジヨードサリチル酸リチウムが挙げられるが、これに限定されない。別の実施形態では、本条件は、核酸−タンパク質相互作用を破壊することができる洗剤による処理を含む化学処理である。有用な洗剤の例としては、ナトリウムドデシル硫酸塩(SDS)が挙げられるが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、SDSのような洗剤が使用される場合、核が単離される細胞は、単離の前に架橋剤で処理される。架橋剤の有用な例としては、ホルムアルデヒドが挙げられるが、これに限定されない。 In one embodiment, the nucleus comprises nucleosomes bound to genomic DNA. Such nuclei may be useful in methods that do not sequence the entire genome of the cell, such as sciATAC-seq. In another embodiment, the isolated nuclei are subjected to conditions that deplete the nucleosomal nuclei to produce nucleosomal depleted nuclei (FIG. 1, block 13, and FIG. 2, block ii). Such nuclei may be useful in methods aimed at determining the total genomic DNA sequence of a cell. In one embodiment, the conditions used for nucleosome depletion maintain the integrity of the isolated nucleus. Methods for generating nucleosome-depleted nuclei are known to those of skill in the art (see, eg, Vitak et al., 2017, Nature Methods, 14(3):302-308). In one embodiment, the conditions are chemical treatments, including treatment with chaotropic agents that can disrupt nucleic acid-protein interactions. Examples of useful chaotropic agents include, but are not limited to, lithium diiodosalicylate. In another embodiment, the conditions are chemical treatments, including treatment with detergents that can disrupt nucleic acid-protein interactions. An example of a useful detergent includes, but is not limited to, sodium dodecyl sulfate (SDS). In some embodiments, when a detergent such as SDS is used, the cells from which the nuclei are isolated are treated with a crosslinker prior to isolation. Useful examples of cross-linking agents include, but are not limited to, formaldehyde.
本明細書に提供される方法は、核(例えば、ヌクレオソーム枯渇核)のサブセットを、第1の複数の区画(図1、ブロック14、及び図2、左側概略図)に分配することを含む。サブセットに存在する核の数、従って各区画に存在する核の数は、少なくとも1であり得る。一実施形態では、サブセットに存在する核の数は、2,000以下である。核をサブセットに分配するための方法は当業者に公知であり、日常的である。例としては蛍光活性化核選別(FANS)が挙げられるが、これに限定されない。 The methods provided herein include partitioning a subset of nuclei (eg, nucleosome depleted nuclei) into a first plurality of compartments (FIG. 1, block 14 and FIG. 2, left side schematic). The number of nuclei present in the subset, and thus the number of nuclei present in each compartment, can be at least one. In one embodiment, the number of nuclei present in the subset is 2,000 or less. Methods for partitioning nuclei into subsets are well known and routine to those of skill in the art. An example includes, but is not limited to, fluorescence activated nuclear sorting (FANS).
各区画はトランスポソーム複合体を含む。トランスポザーゼ認識部位に結合したトランスポザーゼであるトランスポソーム複合体は、時に「タグメンテーション(tagmentation)」と呼ばれる過程で、トランスポザーゼ認識部位を核内の標的核酸に挿入することができる。いくつかのこのような挿入事象において、トランスポザーゼ認識部位の1つの鎖は、標的核酸に移送され得る。このような鎖は、「移送鎖」と呼ばれる。一実施形態において、トランスポソーム複合体は、2つのサブユニットを有する二量体トランスポザーゼ、及び2つの不連続なトランスポゾン配列を含む。別の実施形態では、トランスポザーゼは、2つのサブユニットを有する二量体トランスポザーゼ、及び連続したトランスポゾン配列を含む。 Each compartment contains a transposome complex. The transposase complex, which is a transposase bound to a transposase recognition site, can insert the transposase recognition site into a target nucleic acid in the nucleus in a process sometimes called “tagmentation”. In some such insertion events, one strand of the transposase recognition site can be transferred to the target nucleic acid. Such chains are called "transport chains". In one embodiment, the transposome complex comprises a dimeric transposase with two subunits and two discontinuous transposon sequences. In another embodiment, the transposase comprises a dimeric transposase having two subunits and a continuous transposon sequence.
いくつかの実施形態は、過剰活性Tn5トランスポザーゼ及びTn5型トランスポザーゼ認識部位(Goryshin及びReznikoff、J.Biol.Chem.、273:7367(1998))、又はMuAトランスポザーゼ並びにR1及びR2末端配列を含むMuトランスポザーゼ認識部位(Mizuuchi、K.、Cell、35:785、1983;Savilahti、H、et al.、EMBO J.、14:4893、1995)の使用を含み得る。Tn5モザイク末端(ME)配列も、当業者により最適化されて使用することができる。 Some embodiments include an overactive Tn5 transposase and a Tn5-type transposase recognition site (Goryshin and Reznikoff, J. Biol. Chem., 273:7367 (1998)), or a Mu transposase that includes a MuA transposase and R1 and R2 terminal sequences. The use of recognition sites (Mizuchi, K., Cell, 35:785, 1983; Savirahti, H, et al., EMBO J., 14:4893, 1995) may be involved. The Tn5 mosaic end (ME) sequence can also be optimized and used by those skilled in the art.
本明細書に提供される組成物及び方法の特定の実施形態で使用され得る転位系のさらなる例としては、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)Tn552(Colegio et al.、J.Bacteriol.、183:2384−8、2001;Kirby C et al.、Mol.Microbiol.、43:173−86、2002)、Ty1(Devine & Boeke、Nucleic Acids Res.、22:3765−72、1994及び国際公開第95/23875号パンフレット)、トランスポゾンTn7(Craig、N L、Science.271:1512、1996;Craig、N L、Review in:Curr Top Microbiol Immunol.、204:27−48、1996)、Tn/O及びIS10(Kleckner N、et al.、Curr Top Microbiol Immunol.、204:49−82、1996)、Marinerトランスポザーゼ(Lampe D J、et al.、EMBO J.、15:5470−9、1996)、Tc1(Plasterk R H、Curr.Topics Microbiol.Immunol.、204:125−43、1996)、Pエレメント(Gloor、G B、Methods Mol.Biol.、260:97−114、2004)、Tn3(Ichikawa & Ohtsubo、J Biol.Chem.265:18829−32、1990)、細菌挿入配列(Ohtsubo & Sekine、Curr.Top.Microbiol.Immunol.204:1−26、1996)、レトロウイルス(Brown、et al.、Proc Natl Acad Sci USA、86:2525−9、1989)、並びに酵母のレトロトランスポゾン(Boeke & Corces、Annu Rev Microbiol.43:403−34、1989)が挙げられる。さらなる例としては、IS5、Tn10、Tn903、IS911、及びトランスポザーゼファミリー酵素の操作バージョンが挙げられる(Zhang et al.、(2009)PLoS Genet.5:e1000689.Epub 2009 Oct 16;Wilson C.et al(2007)J.Microbiol.Methods 71:332−5)。 Further examples of transposition systems that can be used in certain embodiments of the compositions and methods provided herein are Staphylococcus aureus Tn552 (Colegio et al., J. Bacteriol., 183:2384). -8, 2001; Kirby C et al., Mol. Microbiol., 43:173-86, 2002), Ty1 (Device & Boeke, Nucleic Acids Res., 22:3765-72, 1994 and International Publication No. 95/23875. No. Pamphlet), transposon Tn7 (Craig, NL, Science. 271:1512, 1996; Craig, NL, Review in: Curr Top Microbiol Immunol., 204:27-48, 1996), Tn/O and IS10 (Kleckner). N, et al., Curr Top Microbiol Immunol., 204:49-82, 1996), Mariner transposase (Lampe DJ, et al., EMBO J., 15:5470-9, 1996), Tc1 (Plasterk RH. , Curr. Topics Microbiol. Immunol., 204:125-43, 1996), P element (Gloor, GB, Methods Mol. Biol., 260:97-114, 2004), Tn3 (Ichikawa & Ohtsubo, J Bio. Chem. 265: 18829-32, 1990), bacterial insertion sequence (Ohtsubo & Sekine, Curr. Top. Microbiol. Immunol. 204:1-26, 1996), retrovirus (Brown, et al., Proc Natl Acad Sci USA). , 86:2525-9, 1989), and yeast retrotransposons (Boeke & Centers, Annu Rev Microbiol. 43:403-34, 1989). Further examples include engineered versions of IS5, Tn10, Tn903, IS911, and transposase family enzymes (Zhang et al., (2009) PLoS Genet. 5:e1000689.Epub 2009 Oct 16; Wilson C. et al( 2007) J. Microbiol. Methods 71:332-5).
本明細書に提供される方法及び組成物で使用され得るインテグラーゼの別の例としては、HIV−1、HIV−2、SIV、PFV−1、RSV由来のインテグラーゼのようなレトロウイルスインテグラーゼ及びそのようなレトロウイルスインテグラーゼのインテグラーゼ認識配列が挙げられる。 Another example of an integrase that can be used in the methods and compositions provided herein is a retroviral integrase such as an integrase from HIV-1, HIV-2, SIV, PFV-1, RSV. And the integrase recognition sequences of such retroviral integrases.
本明細書に提供される方法及び組成物で有用なトランスポゾン配列は、米国特許出願公開第2012/0208705号明細書、米国特許出願公開第2012/0208724号明細書及び国際特許出願公開第2012/061832号パンフレットに提供されている。いくつかの実施形態では、トランスポゾン配列は、第1のトランスポザーゼ認識部位、第2のトランスポザーゼ認識部位、及びこれら2つのトランスポザーゼ認識部位の間に存在するインデックスを含む。 Transposon sequences useful in the methods and compositions provided herein are disclosed in US Patent Application Publication No. 2012/0208705, US Patent Application Publication No. 2012/0208724, and International Patent Application Publication No. 2012/061832. It is provided in the issue brochure. In some embodiments, the transposon sequence comprises a first transposase recognition site, a second transposase recognition site, and an index that lies between these two transposase recognition sites.
本明細書で有用ないくつかのトランスポソーム複合体は、2つのトランスポゾン配列を有するトランスポザーゼを含む。いくつかのそのような実施形態では、2つのトランスポゾン配列は、互いに連結されず、換言すれば、トランスポゾン配列は、互いに不連続である。そのようなトランスポソームの例は、当技術分野で公知である(例えば、米国特許出願公開第2010/0120098号明細書参照されたい)。 Some transposome complexes useful herein include transposases having two transposon sequences. In some such embodiments, the two transposon sequences are not linked to each other, in other words the transposon sequences are discontinuous with each other. Examples of such transposomes are known in the art (see, eg, US Patent Application Publication No. 2010/0120098).
いくつかの実施形態において、トランスポソーム複合体は、「ループ状複合体」又は「ループ状トランスポソーム」を形成するために2つのトランスポザーゼサブユニットに結合するトランスポゾン配列核酸を含む。一例では、トランスポソームは、二量体トランスポザーゼ及びトランスポゾン配列を含む。ループ状複合体は、元の標的DNAの順序情報を維持しながら、標的DNAを断片化することなく、トランスポゾンが標的DNAに挿入されることを確実にすることができる。理解されるように、ループ状構造は、標的核酸の物理的な接続性を維持しながら、インデックスなどの所望の核酸配列を標的核酸に挿入することができる。いくつかの実施形態において、ループ状トランスポソーム複合体のトランスポゾン配列は、トランスポゾン配列が断片化されて、2つのトランスポゾン配列を含むトランスポソーム複合体を生成し得るように、断片化部位を含み得る。このようなトランスポソーム複合体は、トランスポゾンが挿入される隣接する標的DNA断片がアッセイの後の段階で明確に組み立てられ得るコード組み合わせを受け取ることを確実にするのに有用である。 In some embodiments, the transposome complex comprises a transposon sequence nucleic acid that binds to two transposase subunits to form a "loop complex" or "loop transposome." In one example, the transposome comprises dimeric transposase and transposon sequences. The looped complex can ensure that the transposon is inserted into the target DNA without fragmenting the target DNA while maintaining the ordering information of the original target DNA. As will be appreciated, the looped structure can insert a desired nucleic acid sequence, such as an index, into the target nucleic acid while maintaining the physical connectivity of the target nucleic acid. In some embodiments, the transposon sequences of the looped transposome complex can include fragmentation sites such that the transposon sequences can be fragmented to produce a transposome complex that contains two transposon sequences. Such transposome complexes are useful to ensure that the flanking target DNA fragments into which the transposon is inserted receive a coding combination that can be unambiguously assembled in later steps of the assay.
トランスポソーム複合体はまた、トランスポザーゼインデックスとも呼ばれる少なくとも1つのインデックス配列を含む。インデックス配列は、トランスポゾン配列の一部として存在する。一実施形態において、インデックス配列は、標的核酸に移送されるトランスポザーゼ認識部位の鎖である移送鎖上に存在し得る。タグ又はバーコードとも呼ばれるインデックス配列は、特定の標的核酸が存在した区画のマーカー特徴として有用である。トランスポソーム複合体のインデックス配列は、区画ごとに異なっている。従って、この実施形態において、インデックスは、特定の区画に存在する標的核酸の各々に付着される核酸配列タグであり、その存在は、核の集団が方法のこの段階で存在した区画を示すか、又は同定するために使用される。 The transposome complex also contains at least one index sequence, also called the transposase index. The index sequence exists as part of the transposon sequence. In one embodiment, the index sequence may be on a transport strand that is the strand of the transposase recognition site that is transported to the target nucleic acid. Index sequences, also called tags or barcodes, are useful as marker features in the compartment where a particular target nucleic acid was present. The index sequence of the transposome complex differs from compartment to compartment. Therefore, in this embodiment, the index is a nucleic acid sequence tag attached to each of the target nucleic acids present in a particular compartment, the presence of which indicates the compartment in which the population of nuclei was present at this stage of the method, or Or used to identify.
インデックス配列は、長さが20ヌクレオチドまで、例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20であり得る。4ヌクレオチドタグは同じアレイ上で256サンプルを多重化する可能性を与え、6塩基タグは4096サンプルが同じアレイ上で処理されることを可能にする。 Index sequences are up to 20 nucleotides in length, eg 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19. , 20. The 4-nucleotide tag offers the possibility to multiplex 256 samples on the same array and the 6-base tag allows 4096 samples to be processed on the same array.
一実施形態では、移送鎖はまた、汎用配列、第1の配列決定プライマー配列、又はそれらの組み合わせを含むことができる。汎用配列及び配列決定プライマー配列は、本明細書に記載される。従って、移送鎖が標的核酸に移送されるいくつかの実施形態では、標的核酸はトランスポザーゼインデックスを含み、また、汎用配列、第1の配列決定プライマー配列、又はそれらの組み合わせを含む。 In one embodiment, the transport strand can also include a universal sequence, a first sequencing primer sequence, or a combination thereof. Universal sequences and sequencing primer sequences are described herein. Thus, in some embodiments in which the transfer strand is transferred to the target nucleic acid, the target nucleic acid comprises a transposase index and also comprises a universal sequence, a first sequencing primer sequence, or a combination thereof.
一実施形態では、移送鎖のシトシンヌクレオチドはメチル化される。別の実施形態では、移送鎖のヌクレオチドはシトシンを含まない。このような移送鎖、及びトランスポザーゼインデックス配列、汎用配列、及び/又は第1の配列決定プライマー配列を含む、移送鎖上に存在する任意の配列は、シトシン枯渇と呼ぶことができる。トランスポソーム複合体におけるシトシン枯渇ヌクレオチド配列の使用は、トランスポザーゼ効率に有意な影響を有さない。 In one embodiment, the transport chain cytosine nucleotides are methylated. In another embodiment, the nucleotides of the transport strand do not include cytosine. Any sequence present on the transport chain, including such a transport chain and a transposase index sequence, a universal sequence, and/or a first sequencing primer sequence, can be referred to as cytosine depleted. The use of cytosine-depleted nucleotide sequences in the transposome complex has no significant effect on transposase efficiency.
この方法はまた、インデックス付加された核を生成することを含む(図1、ブロック15、及び図2、ブロックiii)。一実施形態では、インデックス付加核を生成することは、ヌクレオソーム枯渇核のサブセットに存在する核酸(例えば、各区画に存在する核酸)を複数の核酸断片に断片化することを含む。一実施形態では、核酸の断片化は、核酸中に存在する断片化部位を使用することによって達成される。典型的には、断片化部位は、トランスポソーム複合体を使用することによって標的核酸に導入される。例えば、ループ状トランスポソーム複合体は、断片化部位を含むことができる。断片化部位は、標的核酸に挿入されたインデックス配列間の情報的関連ではなく物理的関連を切断するために使用することができる。切断は、生化学的手段、化学的手段又は他の手段によるものであってもよい。いくつかの実施形態では、断片化部位は、様々な手段によって断片化され得るヌクレオチド又はヌクレオチド配列を含み得る。断片化部位の例としては、制限エンドヌクレアーゼ部位、RNAseで切断可能な少なくとも1つのリボヌクレオチド、特定の化学剤の存在下で切断可能なヌクレオチド類似体、過ヨウ素酸塩での処理によって切断可能なジオール結合、化学還元剤で切断可能なジスルフィド基、光化学切断に供され得る切断可能部分、及びペプチダーゼ酵素又は他の好適な手段によって切断可能なペプチドが挙げられるが、これらに限定されない(例えば、米国特許出願公開第2012/0208705号明細書、米国特許出願公開第2012/0208724号明細書及び国際公開第2012/061832号パンフレット参照されたい)。断片化の結果は、各核が核酸断片を含む、インデックス付加核の集団であり、ここで、核酸断片は少なくとも1つの鎖に、特定の区画を示すインデックス配列を含む。 The method also includes generating indexed kernels (FIG. 1, block 15, and FIG. 2, block iii). In one embodiment, generating the indexed nuclei comprises fragmenting nucleic acids present in a subset of nucleosome depleted nuclei (eg, nucleic acids present in each compartment) into multiple nucleic acid fragments. In one embodiment, fragmentation of nucleic acids is accomplished by using the fragmentation sites present in the nucleic acid. Typically, the fragmentation site is introduced into the target nucleic acid by using the transposome complex. For example, the looped transposome complex can include a fragmentation site. Fragmentation sites can be used to break physical rather than informative relationships between index sequences inserted into a target nucleic acid. Cleavage may be by biochemical, chemical or other means. In some embodiments, the fragmentation site can include nucleotides or nucleotide sequences that can be fragmented by various means. Examples of fragmentation sites are a restriction endonuclease site, at least one ribonucleotide cleavable by RNAse, a nucleotide analog cleavable in the presence of certain chemical agents, cleavable by treatment with periodate. Examples include, but are not limited to, diol bonds, disulfide groups that are cleavable by chemical reducing agents, cleavable moieties that can be subject to photochemical cleavage, and peptides that are cleavable by peptidase enzymes or other suitable means (eg, US See Patent Application Publication No. 2012/0208705, US Patent Application Publication No. 2012/0208724, and International Publication No. WO 2012/061832 pamphlet). The result of the fragmentation is a population of indexed nuclei, each nucleus containing a nucleic acid fragment, wherein the nucleic acid fragment comprises, in at least one strand, an index sequence that represents a particular compartment.
多数の区画からのインデックス付加核を組み合わせることができる(図1、ブロック16、及び図2、左側の概略図)。例えば、2〜96区画(96ウェルプレートが使用される場合)、又は2〜384区画(384ウェルプレートが使用される場合)のインデックス付加核が組み合わされる。次いで、本明細書でプールされたインデックス付加核と呼ばれる、これらの組み合わされたインデックス付加核のサブセットは、第2の複数の区画に分配される。サブセット中に、従って各区画内に存在する核の数は、部分的にはインデックス衝突を減少させたいという要望に基づいており、これは、方法のこの工程において同じ区画内に終わる同じトランスポザーゼインデックスを有する2つの核の存在である。この実施形態において、サブセット中に存在する核の数は、2〜30、例えば、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、又は30であり得る。一実施形態では、サブセット中に存在する核の数は、20〜24、例えば22である。核をサブセットに分配するための方法は当業者に公知であり、日常的である。例としては蛍光活性化核選別(FANS)が挙げられるが、これに限定されない。 Indexed kernels from multiple compartments can be combined (FIG. 1, block 16, and FIG. 2, left-hand schematic). For example, indexed nuclei from 2 to 96 compartments (if 96 well plates are used) or 2 to 384 compartments (if 384 well plates are used) are combined. A subset of these combined indexed nuclei, referred to herein as pooled indexed nuclei, is then distributed to the second plurality of partitions. The number of nuclei present in the subset, and thus in each compartment, is based in part on the desire to reduce index collisions, which leads to the same transposase index ending in the same compartment at this step of the method. It is the existence of two nuclei. In this embodiment, the number of nuclei present in the subset is between 2 and 30, for example 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. , 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, or 30. In one embodiment, the number of nuclei present in the subset is 20-24, eg 22. Methods for partitioning nuclei into subsets are well known and routine to those of skill in the art. An example includes, but is not limited to, fluorescence activated nuclear sorting (FANS).
分配されたインデックス付加核を処理してメチル化ヌクレオチドを同定する(図1、ブロック17、及び図2、ブロックiv)。CpGジヌクレオチド配列などの部位のメチル化は、そのような部位の解析のために当技術分野で使用される様々な技法のいずれかを使用して測定することができる。1つの有用な方法は、メチル化CpGジヌクレオチド配列の同定である。メチル化CpGジヌクレオチド配列の同定は、単離されたゲノムDNA又はその断片内のCpG配列のメチル化状態依存性化学修飾、続いてDNA配列解析に依存する、シトシン変換に基づく技術を用いて決定される。メチル化CpGジヌクレオチド配列と非メチル化CpGジヌクレオチド配列とを区別することができる化学試薬には、核酸を切断するヒドラジン、及び亜硫酸水素が含まれる。亜硫酸水素処理に続くアルカリ加水分解は、非メチル化シトシンをウラシルに特異的に変換し、Olek A.、1996、Nucleic Acids Res.24:5064−6又はFrommer et al.、1992、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:1827−1831によって記載されているように、5−メチルシトシンを未修飾のまま残す。亜硫酸水素処理DNAは、続いて、PCR増幅、配列決定、及びオリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションを含む検出(例えば、核酸マイクロアレイを用いて)などの分子技術によって解析することができる。一実施形態では、各区画内のインデックス付加核は、亜硫酸水素処理のための条件に曝露される。核酸の亜硫酸水素処理は当業者に公知であり、日常的である。一実施形態では、亜硫酸水素処理はCpGジヌクレオチドの非メチル化シトシン残基をウラシル残基に変換し、5−メチルシトシン残基を変化させずに残す。亜硫酸水素処理は、亜硫酸水素処理された核酸断片をもたらす。 The distributed indexed nuclei are processed to identify methylated nucleotides (FIG. 1, block 17, and FIG. 2, block iv). Methylation of sites such as CpG dinucleotide sequences can be measured using any of the various techniques used in the art for analysis of such sites. One useful method is the identification of methylated CpG dinucleotide sequences. Identification of methylated CpG dinucleotide sequences was determined using techniques based on cytosine conversion, which rely on methylation state-dependent chemical modification of CpG sequences within isolated genomic DNA or fragments thereof, followed by DNA sequence analysis. To be done. Chemical reagents capable of distinguishing between methylated and unmethylated CpG dinucleotide sequences include hydrazine, which cleaves nucleic acids, and bisulfite. Alkaline hydrolysis followed by bisulfite treatment specifically converts unmethylated cytosine to uracil, and was reported by Olek A. et al. , 1996, Nucleic Acids Res. 24:5064-6 or Frommer et al. , 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. 5-methylcytosine remains unmodified as described by USA 89:1827-1831. The bisulfite treated DNA can subsequently be analyzed by molecular techniques such as PCR amplification, sequencing, and detection including oligonucleotide hybridization (eg, using nucleic acid microarrays). In one embodiment, the indexed nuclei within each compartment are exposed to conditions for bisulfite treatment. Bisulfite treatment of nucleic acids is well known and routine to those of skill in the art. In one embodiment, bisulfite treatment converts the unmethylated cytosine residues of CpG dinucleotides to uracil residues leaving the 5-methylcytosine residues unchanged. Bisulfite treatment results in bisulfite treated nucleic acid fragments.
亜硫酸水素処理された核酸断片の生成後、断片は、一端又は両端にさらなるヌクレオチドを含むように改変される(図1、ブロック18、並びに図2、ブロックv及びvi)。一実施形態において、改変は、複数のプライマーを使用して、亜硫酸水素処理された核酸断片を線形増幅に供することを含む。各プライマーは、少なくとも2つの領域;5’末端に汎用ヌクレオチド配列、及び3’末端に無作為ヌクレオチド配列を含む。汎用ヌクレオチド配列は各プライマーにおいて同一であり、一実施形態では、第2の配列決定プライマー配列(図2にて読み取り2プライマーとも呼ばれる)を含む(ブロックvii)。無作為ヌクレオチド配列の領域は、亜硫酸水素処理された核酸断片中の全ての配列に相補的である少なくとも1つのプライマーが存在すべきであるように使用される。完全なカバレージの可能性を所望の水準まで増大させるために使用され得る無作為ヌクレオチドの数は、日常的な方法を使用して決定され得、6〜12の無作為ヌクレオチド、例えば9の無作為ヌクレオチドであり得る。一実施形態では、サイクル数は10サイクル以下、例えば9サイクル、8サイクル、7サイクル、6サイクル、5サイクル、4サイクル、3サイクル、2サイクル、又は1サイクルに制限される。線形増幅の結果は、増幅された断片−アダプター分子である。断片−アダプター分子の例を図3に示す。断片−アダプター分子30は、トランスポザーゼインデックス並びに増幅及び/又は配列決定のために使用され得る汎用配列を含む、トランスポソーム複合体31及び32の移送された鎖に由来するヌクレオチドを含む。断片−アダプター分子はまた、核33のゲノムDNA、無作為ヌクレオチド配列34の領域、及び汎用ヌクレオチド配列35に由来するヌクレオチドを含む。 After generation of the bisulfite treated nucleic acid fragment, the fragment is modified to include additional nucleotides at one or both ends (Figure 1, block 18, and Figure 2, blocks v and vi). In one embodiment, the modification comprises subjecting the bisulfite treated nucleic acid fragment to linear amplification using multiple primers. Each primer contains at least two regions; a universal nucleotide sequence at the 5'end and a random nucleotide sequence at the 3'end. The universal nucleotide sequence is the same in each primer and, in one embodiment, comprises a second sequencing primer sequence (also referred to as the read 2 primer in Figure 2) (block vii). Regions of random nucleotide sequences are used such that there should be at least one primer that is complementary to all sequences in the bisulfite treated nucleic acid fragment. The number of random nucleotides that can be used to increase the probability of full coverage to the desired level can be determined using routine methods, and can range from 6 to 12 random nucleotides, eg, 9 random nucleotides. It can be a nucleotide. In one embodiment, the number of cycles is limited to 10 cycles or less, such as 9 cycles, 8 cycles, 7 cycles, 6 cycles, 5 cycles, 4 cycles, 3 cycles, 2 cycles, or 1 cycle. The result of linear amplification is the amplified fragment-adaptor molecule. Examples of fragment-adaptor molecules are shown in FIG. Fragment-adapter molecule 30 comprises nucleotides from the transferred strand of transposome complexes 31 and 32, including transposase index and universal sequences that can be used for amplification and/or sequencing. The fragment-adapter molecule also comprises nucleotides from the nuclear 33 genomic DNA, a region of random nucleotide sequence 34, and universal nucleotide sequence 35.
線形増幅の後、固定化及び配列決定の前に、断片−アダプター分子の末端をさらに改変するために、指数増幅反応、例えばPCRが続く。この工程は、PCRによる断片−アダプター分子のインデックス付加を生じる(図1、ブロック19)。断片−アダプター分子の末端に存在する汎用配列31、32及び/又は35は、プライマーとして働き、増幅反応において伸長され得る汎用アンカー配列の結合のために使用され得る。典型的には、2つの異なるプライマーが使用される。一方のプライマーは、断片−アダプター分子の一方の鎖の3’末端で汎用配列とハイブリダイズし、第2のプライマーは、断片−アダプター分子の他方の鎖の3’末端で汎用配列とハイブリダイズする。従って、各プライマーのアンカー配列は異なっていてもよい。好適なプライマーは、各々、汎用捕捉配列などの追加の汎用配列と、別のインデックス配列とを含むことができる。各プライマーはインデックスを含むことができるので、この工程は1つ又は2つのインデックス配列、例えば、第2及び場合による第3のインデックスの付加をもたらす。第2及び場合による第3のインデックスを有する断片−アダプター分子は、デュアル−インデックス断片−アダプター分子と呼ばれる。第2及び第3のインデックスは、互いに逆相補体とすることができ、又は第2及び第3のインデックスは、互いに逆相補体ではない配列を有することができる。この第2のインデックス配列及び場合による第3のインデックスは、分配されたインデックス付加核が亜硫酸水素ナトリウムでの処理の前に配置された各区画に固有である。このPCR増幅の結果は、図2、ブロックviiに示される断片−アダプター分子と類似又は同一の構成を有する複数又はライブラリーの断片−アダプター分子である。 After linear amplification, an exponential amplification reaction, such as PCR, is followed to further modify the ends of the fragment-adaptor molecule before immobilization and sequencing. This step results in the fragment-adapter molecule indexing by PCR (FIG. 1, block 19). The universal sequences 31, 32 and/or 35 present at the ends of the fragment-adapter molecule serve as primers and can be used for the attachment of universal anchor sequences which can be extended in amplification reactions. Two different primers are typically used. One primer hybridizes to the universal sequence at the 3'end of one strand of the fragment-adapter molecule and the second primer hybridizes to the universal sequence at the 3'end of the other strand of the fragment-adaptor molecule. .. Therefore, the anchor sequence of each primer may be different. Suitable primers can each include an additional universal sequence, such as a universal capture sequence, and another index sequence. Since each primer can contain an index, this step results in the addition of one or two index sequences, eg a second and optionally a third index. Fragment-adapter molecules with a second and optionally a third index are called dual-index fragment-adapter molecules. The second and third indexes can be inverse complements of each other, or the second and third indexes can have sequences that are not inverse complements of each other. This second index array and optionally the third index is unique to each compartment in which the distributed indexed nuclei were placed prior to treatment with sodium bisulfite. The result of this PCR amplification is a fragment or adapter molecule of multiple or library having a similar or identical composition to the fragment-adaptor molecule shown in Figure 2, block vii.
別の実施形態では、改変は、亜硫酸水素処理された核酸断片を、断片の両末端へのさらなる配列の連結を生じる条件に供することを含む。一実施形態では、平滑末端連結を使用することができる。別の実施形態では、断片は、例えば、単一のデオキシヌクレオチド、例えばデオキシアデノシン(A)を亜硫酸水素処理核酸断片の3’末端に付加する非鋳型依存性末端トランスフェラーゼ活性を有するTaqポリメラーゼ又はKlenowエキソマイナスポリメラーゼのような特定のタイプのDNAポリメラーゼの活性によって、単一の突出ヌクレオチドを用いて調製される。このような酵素は、断片の各鎖の平滑末端3’末端に単一のヌクレオチド「A」を付加するために使用され得る。従って、「A」はTaq又はKlenowエキソマイナスポリメラーゼとの反応によって二本鎖標的断片の各鎖の3’末端に付加され得る一方、断片の各末端に付加されるさらなる配列は、付加される二本鎖核酸の各領域の3’末端上に存在する適合性の「T」突出を含み得る。この末端改変はまた、核酸の自己連結を妨げ、その結果、この実施形態で付加される配列に隣接する亜硫酸水素処理核酸断片の形成に偏っている。 In another embodiment, the modification comprises subjecting the bisulfite treated nucleic acid fragment to conditions that result in the ligation of additional sequences to both ends of the fragment. In one embodiment, blunt end ligation can be used. In another embodiment, the fragment is, for example, Taq polymerase or Klenow exo having non-template-dependent terminal transferase activity that adds a single deoxynucleotide, such as deoxyadenosine (A), to the 3'end of the bisulfite treated nucleic acid fragment. It is prepared with a single overhanging nucleotide, depending on the activity of a particular type of DNA polymerase, such as a minus polymerase. Such enzymes can be used to add a single nucleotide "A" to the blunt-ended 3'end of each strand of the fragment. Thus, "A" can be added to the 3'end of each strand of the double stranded target fragment by reaction with Taq or Klenow exo-minase polymerase, while additional sequences added to each end of the fragment are added to the 2'end. It may include compatible "T" overhangs present on the 3'end of each region of the double-stranded nucleic acid. This end modification also prevents self-ligation of the nucleic acids, thus biasing the formation of bisulfite treated nucleic acid fragments flanking the sequence added in this embodiment.
本明細書に記載される方法による核酸分子の断片化は、平滑末端及び3’及び5’突出末端の不均一な混合物を有する断片を生じる。従って、例えばクローニングベクターの平滑部位への挿入に最適な末端を生成するために、当技術分野で公知の方法又はキット(例えば、Lucigen DNAターミネーター末端修復キット)を使用して、断片末端を修復することが望ましい。特定の実施形態において、核酸集団の断片末端は平滑末端化されている。より具体的には、断片末端は平滑末端化され、リン酸化されている。リン酸部分は酵素処理を介して、例えば、ポリヌクレオチドキナーゼを用いて導入することができる。 Fragmentation of nucleic acid molecules by the methods described herein results in fragments with blunt ends and a heterogeneous mixture of 3'and 5'overhanging ends. Thus, fragment ends are repaired using methods or kits known in the art (eg, Lucigen DNA terminator end repair kit), eg, to generate optimal ends for insertion into the blunt site of a cloning vector. Is desirable. In certain embodiments, the fragment ends of the nucleic acid population are blunt ended. More specifically, the fragment ends are blunt-ended and phosphorylated. The phosphate moiety can be introduced via enzymatic treatment, eg, using a polynucleotide kinase.
一実施形態では、亜硫酸水素処理された核酸断片は、最初に、亜硫酸水素処理された核酸断片の5’末端及び3’末端に、同一の汎用アダプター(「ミスマッチアダプター」とも呼ばれ、その全般的な特徴はGormley et al.、米国特許第7,741,463号明細書、及びBignell et al.、米国特許第8,053,192号明細書に記載されている)を連結して、断片−アダプター分子を形成することによって処理される。一実施形態では、汎用アダプターは配列決定に必要な全ての配列を含み、断片−アダプター分子をアレイ上に固定化することを含む。配列決定されるべき核酸は単一細胞由来であるので、断片−アダプター分子のさらなる増幅は、配列決定のための十分な数の断片−アダプター分子を達成するために有用である。 In one embodiment, the bisulfite-treated nucleic acid fragment is initially labeled with identical universal adapters (also referred to as "mismatch adapters") at the 5'and 3'ends of the bisulfite-treated nucleic acid fragment. Are described in Gormley et al., US Pat. No. 7,741,463, and Bignell et al., US Pat. No. 8,053,192). It is processed by forming an adapter molecule. In one embodiment, the universal adapter contains all the sequences required for sequencing and comprises immobilizing the fragment-adapter molecule on the array. Since the nucleic acid to be sequenced is from a single cell, further amplification of the fragment-adapter molecule is useful to achieve a sufficient number of fragment-adapter molecules for sequencing.
別の実施形態では、汎用アダプターが配列決定に必要な全ての配列を含まない場合、PCR工程を使用して、固定化及び配列決定の前に、各断片−アダプター分子に存在する汎用アダプターをさらに改変し得る。例えば、最初のプライマー伸長反応は、断片−アダプター分子に存在する汎用配列に相補的な汎用アンカー配列を使用して実施され、ここで、個々の断片−アダプター分子の各々の両方の鎖に相補的な伸長産物が形成される。典型的には、PCRは、汎用捕捉配列などの追加の汎用配列、及び別のインデックス配列を付加する。各プライマーはインデックスを含むことができるので、この工程は1つ又は2つのインデックス配列、例えば、第2及び場合による第3のインデックスの付加、並びにアダプター連結による断片−アダプター分子のインデックス付加をもたらす(図1、ブロック19)。得られた断片−アダプター分子は、デュアル−インデックス断片−アダプター分子と呼ばれる。 In another embodiment, if the universal adapter does not contain all the sequences required for sequencing, a PCR step is used to further supplement the universal adapter present in each fragment-adapter molecule prior to immobilization and sequencing. It can be modified. For example, the initial primer extension reaction is performed using a universal anchor sequence complementary to the universal sequence present in the fragment-adapter molecule, where complementary to both strands of each individual fragment-adaptor molecule. An extension product is formed. Typically, PCR adds additional universal sequences, such as universal capture sequences, and another index sequence. Since each primer can contain an index, this step results in the addition of one or two index sequences, eg a second and optionally a third index, and a fragment-adapter molecule indexing by adapter ligation ( FIG. 1, block 19). The resulting fragment-adapter molecule is called dual-index fragment-adapter molecule.
配列決定に必要な全ての配列を含む汎用アダプターを連結する単一工程方法によって、又は汎用アダプターを連結し、次いでPCR増幅して汎用アダプターをさらに改変する2工程方法によって、汎用アダプターが付加された後、最終的な断片−アダプター分子は、汎用捕捉配列、第2のインデックス配列、及び場合による第3のインデックス配列を含むであろう。これらのインデックスは、線形増幅によるデュアル−インデックス断片−アダプターの産生において記載された第2及び第3のインデックスに類似している。第2及び第3のインデックスは互いに逆相補体とすることができ、又は第2及び第3のインデックスは、互いに逆相補体ではない配列を有することができる。これらの第2及び場合による第3のインデックス配列は、分配されたインデックス付加核が亜硫酸水素ナトリウムでの処理の前に置かれた各区画に固有である。汎用アダプターを両端に付加した結果、図4に示す断片−アダプター分子40と類似又は同一の構成を有する断片−アダプター分子の複数又はライブラリーが得られる。断片−アダプター分子40は、各々3’フローセルアダプター(例えば、P5)及び5’フローセルアダプター(例えば、P7’)とも呼ばれる捕捉配列41及び48と、i5及びi7などのインデックス42及び47とを含む。断片−アダプター分子40はまた、トランスポザーゼインデックス44並びに増幅及び/又は配列決定のために使用され得る汎用配列45を含む、トランスポソーム複合体43の移送鎖に由来するヌクレオチドを含む。断片−アダプター分子はまた、核46のゲノムDNAに由来するヌクレオチドを含む。 A universal adapter was added by a single step method of ligating a universal adapter containing all the sequences required for sequencing, or by a two step method of ligating the universal adapter and then PCR amplifying to further modify the universal adapter. Afterwards, the final fragment-adapter molecule will contain a universal capture sequence, a second index sequence, and optionally a third index sequence. These indexes are similar to the second and third indexes described in the production of dual-index fragment-adapter by linear amplification. The second and third indexes can be anti-complementary to each other, or the second and third indexes can have sequences that are not anti-complementary to each other. These second and optional third index sequences are unique to each compartment in which the distributed indexed nuclei were placed prior to treatment with sodium bisulfite. As a result of adding universal adapters to both ends, a plurality of fragments-adaptor molecules or a library having a structure similar to or the same as the fragments-adaptor molecule 40 shown in FIG. 4 is obtained. Fragment-adapter molecule 40 comprises capture sequences 41 and 48, also referred to as 3'flow cell adapters (e.g. P5) and 5'flow cell adapters (e.g. P7'), respectively, and indices 42 and 47, such as i5 and i7. Fragment-adapter molecule 40 also includes nucleotides from the transport strand of transposome complex 43, including transposase index 44 and universal sequence 45 that can be used for amplification and/or sequencing. The fragment-adapter molecule also contains nucleotides derived from the nuclear 46 genomic DNA.
得られたデュアル−インデックス断片−アダプター分子は集合的に、固定化され、次いで配列決定され得る核酸のライブラリーを提供する。ライブラリーという用語は、それらの3’末端及び5’末端に公知の汎用配列を含む単一細胞由来の断片の収集を指す。 The resulting dual-index fragment-adapter molecules collectively provide a library of nucleic acids that can be immobilized and then sequenced. The term library refers to a collection of single cell derived fragments containing known universal sequences at their 3'and 5'ends.
亜硫酸水素処理された核酸断片が追加のヌクレオチドを含むように改変された後、デュアル−インデックス断片−アダプター分子は、長さ150〜400ヌクレオチド、例えば150〜300ヌクレオチドなどの所定のサイズ範囲について選択する条件に供され得る。得られたデュアル−インデックス断片−アダプター分子をプールし、場合により、組み込まれていない汎用アダプター又はプライマーの少なくとも一部を除去することによって、DNA分子の純度を高めるための清浄化プロセスに供することができる。電気泳動、サイズ排除クロマトグラフィーなどのような任意の好適な清浄化プロセスを使用することができる。いくつかの実施形態では、固相可逆的固定化常磁性ビーズを用いて、所望のDNA分子を、付着していない汎用アダプター又はプライマーから分離し、サイズに基づいて核酸を選択し得る。固相可逆的固定化常磁性ビーズは、Beckman Coulter(Agencourt AMPure XP)、Thermofisher(MagJet)、Omega Biotek(Mag−Bind)、Promega Beads(Promega)、及びKapa Biosystems(Kapa Pure Beads)から市販されている。 After the bisulfite treated nucleic acid fragment has been modified to contain additional nucleotides, dual-index fragment-adapter molecules are selected for a given size range, such as 150-400 nucleotides in length, eg 150-300 nucleotides. Subject to conditions. The resulting dual-index fragment-adapter molecules can be pooled and optionally subjected to a cleaning process to increase the purity of the DNA molecule by removing at least a portion of the unincorporated universal adapter or primer. it can. Any suitable cleaning process can be used such as electrophoresis, size exclusion chromatography and the like. In some embodiments, solid phase reversibly immobilized paramagnetic beads can be used to separate desired DNA molecules from unattached universal adapters or primers and to select nucleic acids based on size. Solid-phase reversibly immobilized paramagnetic beads are available from Beckman Coulter (Agencourt AMPure XP), Thermofisher (MagJet), Omega Biotek (Mag-Bind), Promega Beads (Promega), and KapaBay (Promega), and KapaBay (Promega) and KapaBay (Promega). There is.
複数の断片−アダプター分子は、配列決定のために調製され得る。断片−アダプター分子をプールした後、それらを固定化し、配列決定の前に増幅する(図1、ブロック20)。1つ以上の供給源から基質に断片−アダプター分子を付着させる方法は、当技術分野で公知である。同様に、固定化された断片−アダプター分子を増幅するための方法は、架橋増幅及び動力学排除を含むが、これらに限定されない。配列決定の前に固定化及び増幅するための方法は、例えば、Bignell et al.(米国特許第8,053,192号明細書)、Gunderson et al.(国際公開第2016/130704号パンフレット)、Shen et al.(米国特許第8,895,249号明細書)、及びPipenburg et al.(米国特許第9,309,502号明細書)に記載される。 Multiple fragment-adapter molecules can be prepared for sequencing. After pooling the fragment-adapter molecules, they are immobilized and amplified before sequencing (Figure 1, block 20). Methods of attaching fragment-adapter molecules to substrates from one or more sources are known in the art. Similarly, methods for amplifying immobilized fragment-adaptor molecules include, but are not limited to, bridge amplification and kinetic exclusion. Methods for immobilization and amplification prior to sequencing are described, for example, by Bignell et al. (US Pat. No. 8,053,192), Gunderson et al. (International Publication No. 2016/130704 pamphlet), Shen et al. (U.S. Pat. No. 8,895,249), and Pipenburg et al. (US Pat. No. 9,309,502).
プールされたサンプルは、配列決定のための調製において固定化され得る。配列決定は、単一分子のアレイとして行うことができ、又は配列決定の前に増幅することができる。増幅は、1つ以上の固定化プライマーを使用して行うことができる。固定化されたプライマーは、平坦な表面上のローン、又はビーズのプール上のローンであり得る。ビーズのプールは、エマルジョンの各「区画」において単一のビーズを有するエマルジョンに分離することができる。「区画」当たり1つの鋳型のみの濃度で、単一の鋳型のみが各ビーズ上で増幅される。 Pooled samples can be immobilized in preparation for sequencing. Sequencing can be performed as an array of single molecules or can be amplified prior to sequencing. Amplification can be performed using one or more immobilized primers. Immobilized primers can be on a flat surface or on a pool of beads. The bead pool can be separated into emulsions with a single bead in each "compartment" of the emulsion. At a concentration of only one template per "compartment", only a single template is amplified on each bead.
本明細書で使用される「固相増幅」という用語は、増幅産物の全部又は一部がそれらが形成されるにつれて固体支持体上に固定化されるように、固体支持体上で、又は固体支持体と関連して実施される任意の核酸増幅反応を指す。特に、この用語は、固相ポリメラーゼ連鎖反応(固相PCR)及び固相等温増幅を包含し、これらは、フォワード及びリバース増幅プライマーの一方又は両方が固体支持体上に固定化されることを除いて、標準溶液相増幅に類似する反応である。固相PCRは、一方のプライマーがビーズに固定され、他方が遊離溶液中にあるエマルジョン、及び一方のプライマーが表面に固定され、一方が遊離溶液中にある固相ゲルマトリックス中のコロニー形成などのシステムを包含する。 The term "solid phase amplification" as used herein refers to on a solid support or to a solid support such that all or part of the amplification products are immobilized on the solid support as they are formed. Refers to any nucleic acid amplification reaction performed in association with a support. In particular, this term includes solid phase polymerase chain reaction (solid phase PCR) and solid phase isothermal amplification, except that one or both of the forward and reverse amplification primers are immobilized on a solid support. Thus, the reaction is similar to standard solution phase amplification. Solid phase PCR involves the formation of an emulsion in which one primer is immobilized on beads and the other is in free solution, and colony formation in a solid phase gel matrix in which one primer is immobilized on the surface and one is in free solution. Includes the system.
いくつかの実施形態では、固体支持体は、パターン化された表面を含む。「パターン化された表面」は、固体支持体の露出した層の中又は上の異なる領域の配置を指す。例えば、1つ以上の領域は、1つ以上の増幅プライマーが存在するフィーチャであり得る。フィーチャは、増幅プライマーが存在しない間隙領域によって分離することができる。いくつかの実施形態では、パターンは、行及び列にあるフィーチャのx−yフォーマットとすることができる。いくつかの実施形態では、パターンは、フィーチャ及び/又は間隙領域の繰り返し配列とすることができる。いくつかの実施形態では、パターンは、フィーチャ及び/又は間隙領域のランダムな配置とすることができる。本明細書に記載される方法及び組成物において使用することができる例示的なパターン化表面は、米国特許第8,778,848号明細書、同第8,778,849号明細書、及び同第9,079,148号明細書、並びに米国特許出願公開第2014/0243224号明細書に記載されている。 In some embodiments, the solid support comprises a patterned surface. "Patterned surface" refers to the placement of different regions in or on an exposed layer of a solid support. For example, one or more regions can be a feature where one or more amplification primers are present. Features can be separated by interstitial regions where amplification primers are not present. In some embodiments, the pattern can be an xy format of features in rows and columns. In some embodiments, the pattern can be a repeating array of features and/or gap regions. In some embodiments, the pattern can be a random arrangement of features and/or gap regions. Exemplary patterned surfaces that can be used in the methods and compositions described herein are US Pat. Nos. 8,778,848, 8,778,849, and No. 9,079,148, as well as U.S. Patent Application Publication No. 2014/0243324.
いくつかの実施形態では、固体支持体は、表面にウェル又は窪みのアレイを含む。これは、フォトリソグラフィ、スタンピング技法、成形技法、及びマイクロエッチング技法を含むがこれらに限定されない、様々な技法を使用して、当技術分野で一般に知られているように製造することができる。当業者によって理解されるように、使用される技法は、アレイ基質の組成及び形状に依存するであろう。 In some embodiments, the solid support comprises an array of wells or depressions on the surface. It can be manufactured as is commonly known in the art using a variety of techniques including, but not limited to, photolithography, stamping techniques, molding techniques, and microetching techniques. As will be appreciated by those in the art, the technique used will depend on the composition and shape of the array substrate.
パターン化された表面のフィーチャは、パターン化された共有結合ゲル(例えば、ポリ(N−(5−アジドアセトアミジルペンチル)アクリルアミド−co−アクリルアミド)(PAZAM、例えば、米国特許出願公開第2013/184796号明細書、国際公開第2016/066586号パンフレット、及び国際公開第2015/002813号パンフレットを参照されたい)を有する、ガラス、シリコン、プラスチック、又は他の適切な固体支持体上のウェル(例えば、マイクロウェル又はナノウェル)のアレイ中のウェルであり得る。このプロセスは、配列決定のために使用されるゲルパッドを作製し、このゲルパッドは、多数のサイクルを有する配列決定ランにわたって安定であり得る。ウェルへのポリマーの共有結合は、様々な使用の間、構造化基質の寿命を通して構造化フィーチャ内にゲルを維持するのに役立つ。しかしながら、多くの実施形態では、ゲルは、ウェルに共有結合される必要はない。例えば、いくつかの条件において、構造化基質のいずれの部分にも共有結合していないシランを含まないアクリルアミド(SFA、例えばその全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第8,563,477号明細書を参照されたい)が、ゲル材料として使用され得る。 Patterned surface features include patterned covalent gels (eg, poly(N-(5-azidoacetamidylpentyl)acrylamide-co-acrylamide) (PAZAM, eg, US Patent Publication No. 2013/ Wells on glass, silicon, plastic, or other suitable solid support (see, eg, 184796, WO 2016/066586, and WO 2015/002813) (eg, , Microwells or nanowells) This process creates a gel pad used for sequencing, which gel pad may be stable over sequencing runs with multiple cycles. Covalent attachment of polymers to the wells helps maintain the gel within the structured features throughout the life of the structured substrate during various uses, however, in many embodiments, the gel is covalently attached to the wells. For example, in some conditions, silane-free acrylamides (SFAs, such as US Pat. No. 8,563,477) may be used as the gel material.
特定の実施形態では、構造化基質は、固体支持体材料をウェル(例えば、マイクロウェル又はナノウェル)でパターン化し、パターン化支持体をゲル材料(例えば、PAZAM、SFA、又はSFAのアジド化(azidolyzed)バージョン(アジド−SFA)などのその化学修飾異形)でコーティングし、ゲルコーティングされた支持体を、例えば、化学研磨又は機械研磨によって研磨し、それによって、ウェル内にゲルを保持するが、ウェル間の構造化基質の表面上の間隙領域から実質的に全てのゲルを除去又は不活性化することによって作製することができる。プライマー核酸は、ゲル材料に付着させることができる。次いで、断片−アダプター分子の溶液を、個々の断片−アダプター分子がゲル材料に付着したプライマーとの相互作用を介して個々のウェルに播種されるように、研磨された基質と接触させることができるが、標的核酸は、ゲル材料の非存在又は不活性のために、間隙領域を占有しないであろう。断片−アダプター分子の増幅は、間質領域におけるゲルの非存在又は不活性が増殖する核酸コロニーの外側への移動を妨げるので、ウェルに限定される。このプロセスは、好都合に製造可能であり、スケーラブルであり、従来のマイクロ又はナノ製造方法を利用する。 In certain embodiments, the structured substrate patterns a solid support material with wells (eg, microwells or nanowells) and the patterned support with a gel material (eg, PAZAM, SFA, or azidoyzed SFA). ) Versions (chemically modified variants thereof such as azido-SFA) coated and gel coated supports are abraded, for example by chemical or mechanical polishing, thereby retaining the gel in the well but not the well. It can be made by removing or inactivating substantially all gel from the interstitial regions on the surface of the structured substrate in between. The primer nucleic acid can be attached to the gel material. The solution of fragment-adapter molecules can then be contacted with a polished substrate such that the individual fragment-adaptor molecules are seeded into individual wells through interaction with the primer attached to the gel material. However, the target nucleic acid will not occupy the interstitial region due to the absence or inactivity of the gel material. Amplification of fragment-adaptor molecules is limited to wells, as the absence or inactivity of the gel in the stromal region prevents outward migration of growing nucleic acid colonies. This process is conveniently manufacturable, scalable, and utilizes conventional micro or nano fabrication methods.
本開示は、1つの増幅プライマーのみが固定化される(他のプライマーは通常、遊離溶液中に存在する)「固相」増幅方法を包含するが、固体支持体には、固定化されたフォワードプライマー及びリバースプライマーの両方が提供されることが好ましい。実際には、増幅プロセスは増幅を維持するために過剰のプライマーを必要とするので、固体支持体上に固定化された「複数の」同一のフォワードプライマー及び/又は「複数の」同一のリバースプライマーが存在するであろう。本明細書におけるフォワードプライマー及びリバースプライマーへの言及は、文脈が特に示さない限り、そのようなプライマーの「複数」を包含するものとして解釈されるべきである。 The present disclosure encompasses "solid phase" amplification methods in which only one amplification primer is immobilized (other primers are usually in free solution), but on a solid support, immobilized forward Preferably both a primer and a reverse primer are provided. In practice, the amplification process requires an excess of primers to maintain amplification, so "multiple" identical forward primers and/or "multiple" identical reverse primers immobilized on a solid support. Will exist. References to forward and reverse primers herein should be construed as including "plurality" of such primers unless the context dictates otherwise.
当業者に理解されるように、任意の所定の増幅反応は、増幅される鋳型に特異的な少なくとも1つのタイプのフォワードプライマー及び少なくとも1つのタイプのリバースプライマーを必要とする。しかしながら、特定の実施形態では、フォワードプライマー及びリバースプライマーは、同一配列の鋳型特異的部分を含み得、完全に同一のヌクレオチド配列及び構造(任意の非ヌクレオチド修飾を含む)を有し得る。言い換えれば、1つのタイプのプライマーのみを使用して固相増幅を行うことが可能であり、このような単一プライマー法は、本発明の範囲内に包含される。別の実施形態は、同一の鋳型特異的配列を含むが、いくつかの他の構造的特徴において異なるフォワードプライマー及びリバースプライマーを使用し得る。例えば、1つのタイプのプライマーは、他に存在しない非ヌクレオチド修飾を含み得る。 As will be appreciated by those in the art, any given amplification reaction will require at least one type of forward primer and at least one type of reverse primer specific for the template being amplified. However, in certain embodiments, the forward and reverse primers can include template-specific portions of the same sequence and can have exactly the same nucleotide sequence and structure (including any non-nucleotide modifications). In other words, it is possible to perform solid phase amplification using only one type of primer, and such single primer methods are included within the scope of the invention. Another embodiment may use forward and reverse primers that contain the same template-specific sequence, but differ in some other structural features. For example, one type of primer may contain non-nucleotide modifications that are not present in the other.
本開示の全ての実施形態において、固相増幅のためのプライマーは、好ましくは、プライマーの5’末端又はその近くで固体支持体への一点共有結合によって固定化され、プライマーの鋳型特異的部分は、その同族鋳型にアニールするように遊離のままであり、3’ヒドロキシル基は、プライマー伸長のために遊離である。当技術分野で既知の任意の適切な共有結合手段を、このために使用することができる。選択される付着化学は、固体支持体の性質、及びそれに適用される任意の誘導体化又は官能化に依存するであろう。プライマー自体は、付着を容易にするために、非ヌクレオチド化学修飾であり得る部分を含み得る。特定の実施形態では、プライマーは、5’末端に、ホスホロチオエート又はチオホスフェートなどの硫黄含有求核試薬を含み得る。固体支持ポリアクリルアミドヒドロゲルの場合、この求核試薬は、ヒドロゲル中に存在するブロモアセトアミド基に結合することができる。プライマー及び鋳型を固体支持体に付着させるより具体的な手段は、国際公開第05/065814号パンフレットに完全に記載されているように、重合アクリルアミド及びN−(5−ブロモアセトアミジルペンチル)アクリルアミド(BRAPA)からなるヒドロゲルへの5’ホスホロチオエート付着を介するものである。 In all embodiments of the present disclosure, the primer for solid phase amplification is preferably immobilized by a single point covalent bond to a solid support at or near the 5'end of the primer and the template-specific portion of the primer is , Remains free to anneal to its cognate template and the 3′ hydroxyl group is free due to primer extension. Any suitable covalent means known in the art can be used for this. The attachment chemistry chosen will depend on the nature of the solid support, and any derivatization or functionalization applied to it. The primer itself can include moieties that can be non-nucleotide chemical modifications to facilitate attachment. In certain embodiments, the primer can include a sulfur-containing nucleophile such as phosphorothioate or thiophosphate at the 5'end. In the case of solid-supported polyacrylamide hydrogels, this nucleophile can bind to bromoacetamide groups present in the hydrogel. A more specific means of attaching the primer and template to the solid support is described in WO 05/0658814, as fully described by polymerized acrylamide and N-(5-bromoacetamidylpentyl)acrylamide. Via 5'phosphorothioate attachment to a hydrogel composed of (BRAPA).
本開示の特定の実施形態は、例えば、ポリヌクレオチドなどの生体分子への共有結合を可能にする反応性基を含む中間材料の層又はコーティングの適用によって「官能化」された不活性基質又はマトリックス(例えば、スライドガラス、ポリマービーズなど)からなる固体支持体を利用してもよい。このような支持体の例としては、ガラスなどの不活性基質上に支持されたポリアクリルアミドヒドロゲルが挙げられるが、これらに限定されない。そのような実施形態では、生体分子(例えば、ポリヌクレオチド)は、中間材料(例えば、ヒドロゲル)に直接共有結合されてもよいが、中間材料自体は、基質又はマトリックス(例えば、ガラス基質)に非共有結合されてもよい。用語「固体支持体への共有結合」は、従って、このタイプの配置を包含するものとして解釈されるべきである。 Certain embodiments of the present disclosure are, for example, "functionalized" inert substrates or matrices by the application of layers or coatings of intermediate materials that include reactive groups that allow covalent attachment to biomolecules such as polynucleotides. A solid support composed of (eg, glass slides, polymer beads, etc.) may be utilized. Examples of such supports include, but are not limited to, polyacrylamide hydrogels supported on an inert substrate such as glass. In such embodiments, the biomolecule (eg, polynucleotide) may be directly covalently bound to the intermediate material (eg, hydrogel), but the intermediate material itself is non-attached to the matrix or matrix (eg, glass matrix). It may be covalently bound. The term "covalent bond to a solid support" should therefore be construed as encompassing this type of arrangement.
プールされたサンプルは、各ビーズがフォワード及びリバース増幅プライマーを含むビーズ上で増幅され得る。特定の実施形態では、断片−アダプター分子のライブラリーは、固相増幅、より具体的には固相等温増幅により、米国特許出願公開第2005/0100900号明細書、米国特許第7,115,400号明細書、国際公開第00/18957号パンフレット及び国際公開第98/44151号パンフレットに記載されているものに類似する核酸コロニーのクラスター化アレイを調製するために使用される。用語「クラスター」及び「コロニー」は、本明細書では、複数の同一の固定化核酸鎖及び複数の同一の固定化相補的核酸鎖からなる固体支持体上の別個の部位を指すために、互換的に使用される。用語「クラスター化アレイ」は、このようなクラスター又はコロニーから形成されるアレイを指す。この文脈において、用語「アレイ」は、クラスターの順序付けられた配置を必要とするものとして理解されるべきではない。 Pooled samples can be amplified on beads where each bead contains a forward and reverse amplification primer. In certain embodiments, a library of fragment-adapter molecules is prepared by solid phase amplification, more specifically solid phase isothermal amplification, US Patent Application Publication No. 2005/0100900, US Patent No. 7,115,400. It is used to prepare a clustered array of nucleic acid colonies similar to those described in the specification, WO 00/18957 and WO 98/44151. The terms “cluster” and “colony” are used interchangeably herein to refer to distinct sites on a solid support that are composed of multiple identical immobilized nucleic acid strands and multiple identical immobilized complementary nucleic acid strands. To be used. The term "clustered array" refers to an array formed from such clusters or colonies. In this context, the term "array" should not be understood as requiring an ordered arrangement of clusters.
用語「固相」又は「表面」は、プライマーが平坦な表面(例えば、ガラス、シリカ又はプラスチック顕微鏡スライド又は類似のフローセルデバイス)に付着される平面アレイ;1つ又は2つのプライマーがビーズに付着され、ビーズが増幅されるビーズ;又はビーズが増幅された後の表面上のビーズのアレイのいずれかを意味するために使用される。 The term "solid phase" or "surface" refers to a planar array in which primers are attached to a flat surface (eg, glass, silica or plastic microscope slides or similar flow cell devices); one or two primers are attached to beads. , Beads to which the beads are amplified; or an array of beads on the surface after the beads have been amplified.
クラスター化アレイは、国際公開第98/44151号パンフレットに記載されているようなサーモサイクリングのプロセス、又は温度が一定に維持され、伸長及び変性のサイクルが試薬の変更を用いて行われるプロセスのいずれかを用いて調製することができる。このような等温増幅法は、特許出願番号、国際公開第02/46456号パンフレット及び米国特許出願公開第2008/0009420号パンフレットに記載されている。等温プロセスにおいて有用なより低い温度のために、これは特に好ましい。 Clustered arrays are either processes of thermocycling as described in WO 98/44151 or processes in which the temperature is kept constant and the cycles of extension and denaturation are carried out with the modification of reagents. It can be prepared using Such an isothermal amplification method is described in patent application number WO 02/46456 and US patent application WO 2008/0009420. This is particularly preferred because of the lower temperatures useful in isothermal processes.
本明細書に記載されるか、又は当技術分野で一般に知られている増幅方法論のいずれも、固定化されたDNA断片を増幅するために、汎用プライマー又は標的特異的プライマーと共に使用することができることを理解するであろう。増幅のための適切な方法としては、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、鎖置換増幅(SDA)、転写媒介増幅(TMA)及びその全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第8,003,354号明細書に記載されるような核酸配列ベースの増幅(NASBA)が挙げられるが、これらに限定されない。上記の増幅方法は、目的の1つ以上の核酸を増幅するために使用され得る。例えば、マルチプレックスPCR、SDA、TMA、NASBAなどを含むPCRを用いて、固定化DNA断片を増幅することができる。いくつかの実施形態では、目的のポリヌクレオチドに特異的に指向されるプライマーは、増幅反応に含まれる。 Any of the amplification methodologies described herein or generally known in the art can be used with a universal or target-specific primer to amplify an immobilized DNA fragment. Will understand. Suitable methods for amplification include Polymerase Chain Reaction (PCR), Strand Displacement Amplification (SDA), Transcription Mediated Amplification (TMA) and US Pat. No. 8,003,033, which is incorporated herein by reference in its entirety. Nucleic acid sequence-based amplification (NASBA) as described in US Pat. No. 354,354, but is not limited thereto. The amplification methods described above can be used to amplify one or more nucleic acids of interest. For example, the immobilized DNA fragment can be amplified using PCR including multiplex PCR, SDA, TMA, NASBA and the like. In some embodiments, a primer specifically directed to the polynucleotide of interest is included in the amplification reaction.
ポリヌクレオチドの増幅のための他の適切な方法は、オリゴヌクレオチド伸長及び連結、ローリングサークル増幅(RCA)(Lizardi et al.、Nat.Genet.19:225−232(1998))及びオリゴヌクレオチド連結アッセイ(OLA)(一般に、米国特許第7,582,420号明細書、同第5,185,243号明細書、同第5,679,524号明細書及び同第5,573,907号明細書;欧州特許第0 320 308 B1号明細書;欧州特許第0 336 731 B1号明細書;欧州特許第0 439 182 B1号明細書;国際公開第90/01069号パンフレット;国際公開第89/12696号パンフレット;並びに国際公開第89/09835号パンフレットを参照されたい)技術を含み得る。これらの増幅方法論は、固定化DNA断片を増幅するように設計され得ることが理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、増幅方法は、目的の核酸に特異的に指向されるプライマーを含む連結プローブ増幅又はオリゴヌクレオチド連結アッセイ(OLA)反応を含み得る。いくつかの実施形態では、増幅方法は、目的の核酸に特異的に指向されるプライマーを含むプライマー伸長−連結反応を含み得る。目的の核酸を増幅するために特異的に設計され得るプライマー伸長及び連結プライマーの非限定的な例として、増幅は、米国特許第7,582,420号明細書及び同第7,611,869号明細書によって例示されるように、GoldenGateアッセイ(Illumina、Inc.、San Diego、CA)のために使用されるプライマーを含み得る。 Other suitable methods for amplification of polynucleotides include oligonucleotide extension and ligation, rolling circle amplification (RCA) (Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998)) and oligonucleotide ligation assays. (OLA) (generally US Pat. Nos. 7,582,420, 5,185,243, 5,679,524 and 5,573,907. EP 0 320 308 B1; EP 0 336 731 B1; EP 0 439 182 B1; WO 90/01069 pamphlet; WO 89/12696 Pamphlet; as well as WO 89/09835 pamphlet) technology. It will be appreciated that these amplification methodologies can be designed to amplify immobilized DNA fragments. For example, in some embodiments, the amplification method can include a ligation probe amplification or an oligonucleotide ligation assay (OLA) reaction that includes a primer that is specifically directed to the nucleic acid of interest. In some embodiments, the amplification method can include a primer extension-ligation reaction that includes a primer that is specifically directed to the nucleic acid of interest. As a non-limiting example of primer extension and ligation primers that can be specifically designed to amplify a nucleic acid of interest, amplification is described in US Pat. Nos. 7,582,420 and 7,611,869. As exemplified by the specification, it may include primers used for the GoldenGate assay (Illumina, Inc., San Diego, CA).
本開示の方法において使用され得る例示的な等温増幅方法は、例えば、Dean et al.、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 99:5261−66(2002)によって例示されるような多重置換増幅(MDA)、又は、例えば米国特許第6,214,587号明細書によって例示される等温鎖置換核酸増幅を含むが、これらに限定されない。本開示において使用され得る他の非PCRベースの方法は、例えば、Walker et al.、Molecular Methods for Virus Detection、Academic Press、Inc.、1995;米国特許第5,455,166号明細書、及び同第5,130,238号明細書、並びにWalker et al.、Nucl.Acids Res.20:1691−96(1992)に記載される鎖置換増幅(SDA)、又は、例えば、Lage et al.、Genome Res. 13:294−307(2003)に記載される超分岐鎖置換増幅を含む。等温増幅法は、鎖置換Phi 29ポリメラーゼ又はBst DNAポリメラーゼ大断片、ゲノムDNAのランダムプライマー増幅のための5’−>3’エキソと共に使用され得る。これらのポリメラーゼの使用は、それらの高い反応促進性及び鎖置換活性を利用する。高い反応促進性は、ポリメラーゼが長さ10〜20kbの断片を産生するようにする。上記のように、より小さい断片は、Klenowポリメラーゼのような低い反応促進性及び鎖置換活性を有するポリメラーゼを使用して、等温条件下で産生され得る。増幅反応、条件及び成分のさらなる説明は、米国特許第7,670,810号明細書の開示に詳細に記載されている。 Exemplary isothermal amplification methods that can be used in the methods of the present disclosure are described, for example, in Dean et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99:5261-66 (2002), or Multiple Isolation Amplification (MDA), as exemplified by US Pat. No. 6,214,587, for example. Not limited to. Other non-PCR based methods that can be used in the present disclosure are described, for example, in Walker et al. , Molecular Methods for Virus Detection, Academic Press, Inc. 1995; U.S. Pat. Nos. 5,455,166 and 5,130,238; and Walker et al. , Nucl. Acids Res. 20:1691-96 (1992), or strand displacement amplification (SDA), or, for example, Lage et al. , Genome Res. 13:294-307 (2003). The isothermal amplification method can be used with strand-displacing Phi 29 polymerase or Bst DNA polymerase large fragments, 5'->3' exo for random primer amplification of genomic DNA. The use of these polymerases takes advantage of their high propensity and strand displacement activity. The high kinetic properties allow the polymerase to produce fragments of 10-20 kb in length. As noted above, smaller fragments can be produced under isothermal conditions using a polymerase with low propensity and strand displacement activity such as Klenow polymerase. Further description of amplification reactions, conditions and components are described in detail in the disclosure of US Pat. No. 7,670,810.
本開示において有用な別のポリヌクレオチド増幅方法は、例えば、Grothues et al.Nucleic Acids Res.21(5):1321−2(1993)に記載されるように、定常5’領域、続いてランダム3’領域を有する2ドメインプライマーの集団を使用するTagged PCRである。第一ラウンドの増幅を行って、ランダムに合成された3’領域からの個々のハイブリダイゼーションに基づいて、熱変性DNAについての開始の多重度を可能とする。3’領域の性質により、開始部位は、ゲノム全体にわたってランダムであると考えられる。その後、結合していないプライマーを除去することができ、定常5’領域に相補的なプライマーを使用してさらなる複製を行うことができる。 Alternative polynucleotide amplification methods useful in the present disclosure are described, for example, in Grothues et al. Nucleic Acids Res. 21(5):1321-2 (1993), Tagged PCR using a population of 2-domain primers with a constant 5'region followed by a random 3'region. A first round of amplification is performed to allow a multiplicity of initiation for heat denatured DNA based on individual hybridizations from randomly synthesized 3'regions. Due to the nature of the 3'region, the start site appears to be random throughout the genome. The unbound primer can then be removed and the primer complementary to the constant 5'region can be used for further replication.
いくつかの実施形態では、等温増幅は、排除増幅(ExAmp)とも呼ばれる動力学排除増幅(KEA)を用いて行うことができる。本開示の核酸ライブラリーは、増幅試薬を反応させて、各々が、部位を播種した個々の標的核酸からのアンプリコンの実質的にクローン性の集団を含む複数の増幅部位を産生する工程を含む方法を用いて作製され得る。いくつかの実施形態では、増幅反応は、各々の増幅部位の容量を満たすのに十分な数のアンプリコンが生成されるまで進行する。このようにして、既に播種された部位を容量まで満たすことは、標的核酸がその部位に着地し増幅し、それによってその部位にアンプリコンのクローン集団を生成することを阻害する。いくつかの実施形態では、第2の標的核酸が部位に到達する前に、増幅部位が容量まで満たされていなくても、見かけのクローン性を達成することができる。いくつかの条件下では、第1の標的核酸の増幅は、部位に輸送される第2の標的核酸からのコピーの産生を効果的に上回るか、又は圧倒するのに十分な数のコピーが作製される点まで進行し得る。例えば、直径500nm未満の円形フィーチャ上で架橋増幅プロセスを用いる実施形態において、第1の標的核酸についての14サイクルの指数関数的増幅の後、同じ部位での第2の標的核酸からの汚染は、Illumina配列決定プラットフォーム上での合成分析による配列決定に悪影響を及ぼすには、不十分な数の汚染アンプリコンを生成することが決定された。 In some embodiments, isothermal amplification can be performed using kinetic exclusion amplification (KEA), also called exclusion amplification (ExAmp). Nucleic acid libraries of the present disclosure include reacting amplification reagents to produce a plurality of amplification sites each containing a substantially clonal population of amplicons from individual target nucleic acid seeded sites. Can be made using the method. In some embodiments, the amplification reaction proceeds until a sufficient number of amplicons are produced to fill the volume of each amplification site. In this way, filling an already seeded site to volume prevents the target nucleic acid from landing and amplifying at that site, thereby producing a clonal population of amplicons at that site. In some embodiments, apparent clonality can be achieved even if the amplification site is not filled to capacity before the second target nucleic acid reaches the site. Under some conditions, amplification of the first target nucleic acid effectively produces or creates a sufficient number of copies to overwhelm the production of copies from the second target nucleic acid that is transported to the site. You can proceed to the point where it is done. For example, in an embodiment that uses a cross-linking amplification process on circular features with diameters less than 500 nm, after 14 cycles of exponential amplification for the first target nucleic acid, contamination from the second target nucleic acid at the same site is It was determined to produce an insufficient number of contaminating amplicons to adversely affect sequencing by synthetic analysis on the Illumina sequencing platform.
いくつかの実施形態では、アレイ中の増幅部位は、完全にクローン性であり得るが、その必要はない。むしろ、いくつかの適用について、個々の増幅部位は、第1の断片−アダプター分子由来のアンプリコンで主に集団化され得、また、第2の標的核酸由来の低レベルの混入アンプリコンを有し得る。アレイは、汚染レベルがアレイのその後の使用に許容できない影響を及ぼさない限り、低レベルの汚染アンプリコンを有する1つ以上の増幅部位を有することができる。例えば、アレイが検出用途で使用される場合、許容され得る汚染のレベルは、許容できない方法で検出技術の信号対雑音又は分解能に影響を与えないレベルである。従って、見かけのクローン性は、一般に、本明細書に記載される方法によって作製されるアレイの特定の使用又は適用に関連する。特定の適用のために個々の増幅部位で許容され得る汚染の例示的なレベルには、多くとも0.1%、0.5%、1%、5%、10%又は25%の汚染アンプリコンが含まれるが、これらに限定されない。アレイは、これらの例示的なレベルの汚染アンプリコンを有する1つ以上の増幅部位を含むことができる。例えば、アレイ中の増幅部位の5%、10%、25%、50%、75%、又はさらには100%までが、いくつかの汚染アンプリコンを有し得る。部位のアレイ又は他のコレクションにおいて、少なくとも50%、75%、80%、85%、90%、95%又は99%以上の部位がクローン性であり得るか、又は明らかにクローン性であり得ることが理解される。 In some embodiments, the amplification sites in the array can, but need not, be fully clonal. Rather, for some applications, individual amplification sites can be predominantly clustered with amplicons from the first fragment-adaptor molecule and also have low levels of contaminating amplicons from the second target nucleic acid. You can An array can have one or more amplification sites with low levels of contaminating amplicons, as long as the level of contamination does not unacceptably affect subsequent use of the array. For example, if the array is used in a detection application, acceptable levels of contamination are levels that do not affect the signal-to-noise or resolution of the detection technique in an unacceptable manner. Thus, apparent clonality is generally associated with a particular use or application of arrays produced by the methods described herein. Exemplary levels of contamination that may be tolerated at individual amplification sites for a particular application include at most 0.1%, 0.5%, 1%, 5%, 10% or 25% of the contamination amplicon. But is not limited to. The array can include one or more amplification sites with these exemplary levels of contaminating amplicons. For example, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, or even 100% of the amplification sites in the array may have some contaminating amplicons. At least 50%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% or 99% or more of the sites in the array of sites or other collections may be clonal, or may be apparently clonal Is understood.
いくつかの実施形態では、動力学排除は、プロセスが別の事象又はプロセスが起こるのを効果的に排除するのに十分に迅速な速度で起こる場合に起こり得る。例えば、アレイの部位が溶液からの断片−アダプター分子でランダムに播種され、断片−アダプター分子のコピーが増幅プロセスにおいて生成されて、播種された部位の各々を容量まで満たす核酸アレイの作製を考える。本開示の動力学排除方法によれば、播種及び増幅プロセスは、増幅速度が播種速度を超える条件下で同時に進行し得る。このようにして、コピーが第1の標的核酸によって播種された部位で作製される比較的迅速な速度は、増幅のために部位を播種することから第2の核酸を効果的に排除する。動力学排除増幅法は、米国特許出願公開第2013/0338042号明細書の開示に詳細に記載されているように実施することができる。 In some embodiments, kinetic exclusion can occur when the process occurs at a rate rapid enough to effectively eliminate another event or process from occurring. For example, consider the creation of a nucleic acid array in which the sites of the array are randomly seeded with fragment-adaptor molecules from solution and copies of the fragment-adaptor molecules are generated in the amplification process to fill each of the seeded sites to capacity. According to the kinetic exclusion method of the present disclosure, the seeding and amplification process can proceed simultaneously under conditions where the amplification rate exceeds the seeding rate. In this way, the relatively rapid rate at which copies are made at the site seeded with the first target nucleic acid effectively excludes the second nucleic acid from seeding the site for amplification. The kinetic exclusion amplification method can be performed as described in detail in the disclosure of US Patent Application Publication No. 2013/0338042.
動力学排除は、増幅を開始するための比較的遅い速度(例えば、断片−アダプター分子の第1のコピーを作製する遅い速度)、対、断片−アダプター分子(又は断片−アダプター分子の第1のコピー)のその後のコピーを作製するための比較的速い速度を利用し得る。前の段落の例において、動力学排除は、断片−アダプター分子播種の比較的遅い速度(例えば、比較的遅い拡散又は輸送)、対、断片−アダプターシードのコピーで部位を満たすために増幅が生じる比較的速い速度に起因して生じる。別の例示的な実施形態では、動力学排除は、部位に播種されている断片−アダプター分子の第1のコピーの形成の遅延(例えば、遅延又は遅い活性化)、対、後続のコピーが作製されて部位を満たす比較的迅速な速度に起因して生じ得る。この例では、いくつかの異なる断片−アダプター分子が個々の部位に播種されている可能性がある(例えば、増幅前にいくつかの断片−アダプター分子が各部位に存在する可能性がある)。しかしながら、任意の所定の断片−アダプター分子についての第1のコピー形成は、第1のコピー形成の平均速度が後続のコピーが生成される速度と比較して比較的遅いように、ランダムに活性化され得る。この場合、個々の部位にいくつかの異なる断片−アダプター分子が播種されている可能性があるが、動力学排除により、これらの断片−アダプター分子のうちの1つのみが増幅できるであろう。より具体的には、一旦第1の断片−アダプター分子が増幅のために活性化されると、その部位はそのコピーで容量を急速に満たし、それによって第2の断片−アダプター分子のコピーがその部位で作製されることを防止するであろう。 Kinetic exclusion is a relatively slow rate for initiating amplification (eg, a slow rate to make a first copy of a fragment-adaptor molecule) versus a fragment-adaptor molecule (or a first of fragment-adaptor molecule). A relatively high speed for making subsequent copies of (copy) may be utilized. In the example of the previous paragraph, kinetic exclusion results in a relatively slow rate of fragment-adapter molecule seeding (eg, relatively slow diffusion or transport), versus amplification to fill the site with a copy of the fragment-adaptor seed. It occurs due to the relatively high speed. In another exemplary embodiment, kinetic exclusion is delayed in the formation of the first copy of the fragment-adapter molecule seeded at the site (eg, delayed or slow activation), as opposed to subsequent copies. Can occur due to the relatively rapid rate at which the site is filled. In this example, several different fragment-adapter molecules may be seeded at individual sites (eg, several fragment-adapter molecules may be present at each site prior to amplification). However, the first copy formation for any given fragment-adapter molecule is randomly activated such that the average rate of first copy formation is relatively slow compared to the rate at which subsequent copies are produced. Can be done. In this case, it is possible that several individual fragment-adapter molecules were seeded at individual sites, but kinetics exclusion would only allow amplification of one of these fragment-adaptor molecules. More specifically, once the first fragment-adapter molecule has been activated for amplification, the site rapidly fills its volume with that copy, whereby a copy of the second fragment-adaptor molecule is obtained. It will prevent it being made at the site.
増幅試薬は、アンプリコン形成を促進し、場合によっては、アンプリコン形成の速度を増加させるさらなる成分を含むことができる。例は、リコンビナーゼである。リコンビナーゼは、繰り返しの侵入/伸長を可能にすることによって、アンプリコン形成を容易にし得る。より具体的には、リコンビナーゼは、ポリメラーゼによる断片−アダプター分子の侵入、及びアンプリコン形成のための鋳型として断片−アダプター分子を使用するポリメラーゼによるプライマーの伸長を容易にすることができる。このプロセスは、各ラウンドの侵入/伸長から産生されたアンプリコンが次のラウンドにおいて鋳型として役立つ連鎖反応として反復され得る。変性サイクル(例えば、加熱又は化学的変性を介する)は必要とされないので、このプロセスは標準的なPCRよりも迅速に行われ得る。そのようなものとして、リコンビナーゼ促進増幅は、等温的に行うことができる。増幅を容易にするために、リコンビナーゼ促進増幅試薬中にATP、又は他のヌクレオチド(又は場合によっては、その非加水分解性類似体)を含めることが一般に望ましい。リコンビナーゼ及び一本鎖結合(SSB)タンパク質の混合物は、SSBが増幅をさらに促進し得るので、特に有用である。リコンビナーゼ促進増幅のための例示的な製剤は、TwistDx(Cambridge、UK)によってTwistAmpキットとして商業的に販売されているものを含む。リコンビナーゼ促進増幅試薬の有用な成分及び反応条件は、米国特許第5,223,414号明細書及び米国特許第7,399,590号明細書に記載されている。 Amplification reagents can include additional components that promote and optionally increase the rate of amplicon formation. An example is recombinase. Recombinases may facilitate amplicons formation by allowing repeated invasion/elongation. More specifically, the recombinase can facilitate entry of the fragment-adapter molecule by the polymerase and extension of the primer by the polymerase using the fragment-adaptor molecule as a template for amplicon formation. This process can be repeated as a chain reaction in which the amplicon produced from each round of invasion/extension serves as a template in the next round. This process can be performed faster than standard PCR, as no denaturation cycle (eg, via heating or chemical denaturation) is required. As such, recombinase-promoted amplification can be performed isothermally. It is generally desirable to include ATP, or other nucleotides (or, in some cases, non-hydrolyzable analogs thereof) in the recombinase-enhanced amplification reagents to facilitate amplification. Mixtures of recombinase and single chain binding (SSB) proteins are particularly useful as SSB can further facilitate amplification. Exemplary formulations for recombinase-stimulated amplification include those sold commercially by TwistDx (Cambridge, UK) as the TwistAmp kit. Useful components of the recombinase-enhanced amplification reagents and reaction conditions are described in US Pat. No. 5,223,414 and US Pat. No. 7,399,590.
アンプリコン形成を促進し、場合によっては、アンプリコン形成速度を増加させるために増幅試薬に含まれ得る成分の別の例は、ヘリカーゼである。ヘリカーゼは、アンプリコン形成の連鎖反応を可能にすることによって、アンプリコン形成を促進することができる。変性サイクル(例えば、加熱又は化学的変性を介する)は必要とされないので、このプロセスは標準的なPCRよりも迅速に行われ得る。そのようなものとして、ヘリカーゼ促進増幅は、等温的に行うことができる。ヘリカーゼ及び一本鎖結合(SSB)タンパク質の混合物は、SSBが増幅をさらに促進し得るので、特に有用である。ヘリカーゼ促進増幅のための例示的な製剤は、Biohelix(Beverly、MA)からIsoAmpキットとして商業的に販売されているものを含む。さらに、ヘリカーゼタンパク質を含む有用な製剤の例は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第7,399,590号明細書及び米国特許第7,829,284号明細書に記載されている。 Another example of a component that can be included in an amplification reagent to promote amplicon formation and, in some cases, to increase the rate of amplicon formation is helicase. Helicases can facilitate amplicon formation by allowing the chain reaction of amplicon formation. This process can be performed faster than standard PCR, as no denaturation cycle (eg, via heating or chemical denaturation) is required. As such, helicase-promoted amplification can be performed isothermally. Mixtures of helicase and single chain binding (SSB) proteins are particularly useful as SSB can further enhance amplification. Exemplary formulations for helicase-enhanced amplification include those commercially sold as BioAmp kits from Biohelix (Beverly, MA). Further, examples of useful formulations containing helicase proteins are described in US Pat. No. 7,399,590 and US Pat. No. 7,829,284, which are incorporated herein by reference in their entirety. Has been done.
アンプリコン形成を促進し、場合によっては、アンプリコン形成速度を増加させるために増幅試薬中に含まれ得る成分のさらに別の例は、起源結合タンパク質である。 Yet another example of a component that can be included in an amplification reagent to promote amplicon formation and, in some cases, increase the rate of amplicon formation is a source binding protein.
断片−アダプター分子の表面への付着に続いて、固定化され増幅された断片−アダプター分子の配列が決定される。配列決定は、任意の適切な配列決定技術を使用して実施することができ、鎖再合成を含む、固定化及び増幅された断片−アダプター分子の配列を決定するための方法は、当技術分野で既知であり、例えば、Bignell et al.(米国特許第8,053,192号明細書)、Gunderson et al.(国際公開第2016/130704号パンフレット)、Shen et al.(米国特許第8,895,249号明細書)、及びPipenburg et al.(米国特許第9,309,502号明細書)に記載される。 Following attachment of the fragment-adapter molecule to the surface, the sequence of the immobilized and amplified fragment-adaptor molecule is determined. Sequencing can be performed using any suitable sequencing technique, methods for determining the sequence of immobilized and amplified fragment-adapter molecules including strand resynthesis are described in the art. Are known in, for example, Bignell et al. (US Pat. No. 8,053,192), Gunderson et al. (International Publication No. 2016/130704 pamphlet), Shen et al. (U.S. Pat. No. 8,895,249), and Pipenburg et al. (US Pat. No. 9,309,502).
本明細書に記載される方法は、様々な核酸配列決定技術と併せて使用することができる。特に適用可能な技術は、核酸がそれらの相対的な位置が変化しないように、アレイ中の固定された位置に付着され、アレイが繰り返し画像化される技術である。画像が例えば、1つのヌクレオチド塩基型を別のヌクレオチド塩基型と区別するために使用される異なる標識と一致する、異なる色チャネルで得られる実施形態が、特に適用可能である。いくつかの実施形態では、断片−アダプター分子のヌクレオチド配列を決定するためのプロセスは、自動化プロセスであり得る。好ましい実施形態は、合成による配列決定(「SBS」)技術を含む。 The methods described herein can be used in conjunction with various nucleic acid sequencing techniques. A particularly applicable technique is that in which nucleic acids are attached to fixed locations in the array such that their relative positions do not change and the array is repeatedly imaged. The embodiment in which the image is obtained in different color channels, for example, where the images are matched with different labels used to distinguish one nucleotide base type from another is particularly applicable. In some embodiments, the process for determining the nucleotide sequence of the fragment-adapter molecule can be an automated process. Preferred embodiments include synthetic sequencing ("SBS") techniques.
SBS技術は、一般に、鋳型鎖に対するヌクレオチドの反復的付加を介する新生核酸鎖の酵素的伸長を含む。SBSの伝統的な方法において、単一ヌクレオチドモノマーは、各供給においてポリメラーゼの存在下で標的ヌクレオチドに提供され得る。しかしながら、本明細書に記載される方法では、一送達においてポリメラーゼの存在下で、2種類以上のヌクレオチドモノマーが標的核酸に提供され得る。 SBS technology generally involves the enzymatic extension of a nascent nucleic acid strand through the repeated addition of nucleotides to a template strand. In the traditional method of SBS, a single nucleotide monomer can be provided to a target nucleotide in the presence of a polymerase at each feed. However, the methods described herein may provide more than one nucleotide monomer to the target nucleic acid in the presence of a polymerase in one delivery.
一実施形態において、ヌクレオチドモノマーは、ロックト核酸(LNA)又は架橋核酸(BNA)を含む。断片−アダプター分子が、トランスポソーム複合体からの移送鎖中にシトシン枯渇ヌクレオチド配列が存在する場合に生じるような、1つ以上のシトシン枯渇ヌクレオチド配列を使用して産生される場合、シトシン枯渇領域にハイブリダイズするヌクレオチドモノマーの融解温度が変化する。ヌクレオチドモノマーにおけるLNA又はBNAの使用は、固定化された断片−アダプター分子上に存在するヌクレオチドモノマーと配列決定プライマー配列との間のハイブリダイゼーション強度を増加させる。 In one embodiment, the nucleotide monomer comprises locked nucleic acid (LNA) or bridging nucleic acid (BNA). If the fragment-adapter molecule is produced using one or more cytosine-depleted nucleotide sequences, such as occurs when there are cytosine-depleted nucleotide sequences in the transport chain from the transposome complex, the The melting temperature of the hybridizing nucleotide monomer changes. The use of LNA or BNA in the nucleotide monomer increases the hybridization strength between the nucleotide monomer present on the immobilized fragment-adaptor molecule and the sequencing primer sequence.
SBSは、ターミネーター部分を有するヌクレオチドモノマー、又はターミネーター部分を欠くヌクレオチドモノマーを使用することができる。ターミネーターを欠くヌクレオチドモノマーを利用する方法としては、例えば、以下にさらに詳細に記載されるように、γ−リン酸標識ヌクレオチドを使用するパイロシークエンシング及び配列決定が挙げられる。ターミネーターを欠くヌクレオチドモノマーを使用する方法において、各サイクルにおいて付加されるヌクレオチドの数は、一般に可変であり、鋳型配列及びヌクレオチド送達の様式に依存する。ターミネーター部分を有するヌクレオチドモノマーを使用するSBS技術について、ターミネーターは、ジデオキシヌクレオチドを使用する従来のSanger配列決定の場合のように、使用される配列決定条件下で効果的に不可逆であり得るか、又はターミネーターは、Solexa(現在、Illumina、Inc.)によって開発された配列決定方法の場合のように、可逆であり得る。 SBS can use nucleotide monomers having a terminator moiety or nucleotide monomers lacking a terminator moiety. Methods utilizing nucleotide monomers lacking terminators include, for example, pyrosequencing and sequencing using γ-phosphate labeled nucleotides, as described in further detail below. In methods using nucleotide monomers lacking terminators, the number of nucleotides added in each cycle is generally variable and depends on the template sequence and the mode of nucleotide delivery. For SBS technology that uses a nucleotide monomer with a terminator moiety, the terminator can be effectively irreversible under the sequencing conditions used, as in conventional Sanger sequencing using dideoxynucleotides, or The terminator may be reversible, as is the case with the sequencing method developed by Solexa (now Illumina, Inc.).
SBS技術は、標識部分を有するヌクレオチドモノマー、又は標識部分を欠くヌクレオチドモノマーを使用することができる。従って、取り込み事象は、標識の特徴(例えば、標識の蛍光);ヌクレオチドモノマーの特徴(例えば、分子量又は電荷);ヌクレオチドの取り込みの副産物(例えば、ピロリン酸の放出)などに基づいて検出され得る。2つ以上の異なるヌクレオチドが配列決定試薬中に存在する実施形態において、異なるヌクレオチドは、互いに区別可能であり得るか、又は代わりに、2つ以上の異なる標識は、使用される検出技術の下で区別不可能であり得る。例えば、配列決定試薬中に存在する異なるヌクレオチドは、異なる標識を有し得、それらは、Solexa(現在、Illumina、Inc.)によって開発された配列決定方法によって例示されるように、適切な光学を使用して区別され得る。 SBS technology can use nucleotide monomers with or without labeling moieties. Thus, uptake events can be detected based on characteristics of the label (eg, fluorescence of the label); characteristics of nucleotide monomers (eg, molecular weight or charge); byproducts of nucleotide incorporation (eg, release of pyrophosphate). In embodiments where two or more different nucleotides are present in the sequencing reagent, the different nucleotides may be distinguishable from each other, or alternatively, the two or more different labels may be labeled under the detection technique used. It can be indistinguishable. For example, the different nucleotides present in the sequencing reagents can have different labels, which will have the appropriate optics, as exemplified by the sequencing method developed by Solexa (now Illumina, Inc.). Can be distinguished using.
好ましい実施形態は、パイロシークエンシング技術を含む。パイロシークエンシングは、特定のヌクレオチドが新生鎖に組み込まれる際の無機ピロリン酸(PPi)の放出を検出する(Ronaghi、M.、Karamohamed、S.、Pettersson、B.、Uhlen、M.and Nyren.、P(1996)「Real−time DNA sequencing using pyrophosphate release.」Analytical Biochemistry 242(1)、84−9;Ronaghi、M.(2001)「Pyrosequencing sheds light on DNA sequencing.」Genome Res.11(1)、3−11;Ronaghi、M.、Uhlen、M.and Nyren、P.(1998)「A sequencing method based on real−time pyrophosphate.」Science 281(5375)、363;米国特許第6,210,891号明細書;同第6,258,568号明細書及び同第6,274,320号明細書)。パイロシークエンシングにおいて、放出されたPPiは、ATPスルファターゼによってアデノシン三リン酸(ATP)に直ちに変換されることによって検出され得、生成されたATPのレベルは、ルシフェラーゼ産生光子を介して検出される。配列決定されるべき核酸は、アレイ中のフィーチャに付着され得、アレイは、アレイのフィーチャにおけるヌクレオチドの取り込みに起因して生成される化学発光シグナルを捕捉するために画像化され得る。アレイを特定のヌクレオチド型(例えば、A、T、C又はG)で処理した後、画像を得ることができる。各ヌクレオチド型の添加後に得られる画像は、アレイ中のどのフィーチャが検出されるかに関して異なるであろう。画像におけるこれらの差は、アレイ上のフィーチャの異なる配列内容を反映する。しかしながら、各フィーチャの相対的な位置は、画像において変化しないままである。画像は、本明細書に記載される方法を用いて保存され、処理され、分析され得る。例えば、異なる各ヌクレオチド型でアレイを処理した後に得られた画像は、可逆的ターミネーターに基づく配列決定法のための異なる検出チャネルから得られた画像について本明細書に例示されるのと同じ方法で取り扱うことができる。 Preferred embodiments include pyrosequencing techniques. Pyrosequencing detects the release of inorganic pyrophosphate (PPi) when specific nucleotides are incorporated into the nascent chain (Ronaghi, M., Karamohamed, S., Petersson, B., Uhlen, M. and Nyren. , P (1996) "Real-time DNA sequencing using pyrophosphate release." Analytical Biochemistry 242(1), 84-9; , 3-11; Ronaghi, M., Uhlen, M. and Nyren, P. (1998), "A sequencing method based on real-time pyrophosphate." Science 281 (5375), 363; Nos. 6,258,568 and 6,274,320). In pyrosequencing, released PPi can be detected by immediate conversion to adenosine triphosphate (ATP) by ATP sulfatase, and the level of ATP produced is detected via luciferase-producing photons. Nucleic acids to be sequenced can be attached to features in the array and the array can be imaged to capture the chemiluminescent signal generated due to the incorporation of nucleotides in the features of the array. Images can be obtained after treating the array with a particular nucleotide type (eg, A, T, C, or G). The images obtained after addition of each nucleotide type will differ as to which features in the array will be detected. These differences in the image reflect the different array content of the features on the array. However, the relative position of each feature remains unchanged in the image. The images can be stored, processed and analyzed using the methods described herein. For example, the images obtained after processing the array with each different nucleotide type are in the same manner as exemplified herein for images obtained from different detection channels for reversible terminator-based sequencing methods. It can be handled.
SBSの別の例示的な型において、サイクル配列決定は、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、国際公開第04/018497号パンフレット及び米国特許第7,057,026号明細書に記載されるように、例えば、切断可能又は光漂白可能な色素標識を含む可逆的ターミネーターヌクレオチドの段階的添加によって達成される。このアプローチは、Solexa(現在、Illumina Inc.)によって商業化されており、国際公開第91/06678号パンフレット及び国際公開第07/123,744号パンフレットにも記載されている。終結を逆転させることができ、蛍光標識を切断することができる蛍光標識ターミネーターの利用可能性は、効率的な循環可逆的終結(cyclic reversible termination)(CRT)配列決定を容易にする。ポリメラーゼも、これらの改変ヌクレオチドを効率的に組み込み、これらから伸長するように同時操作され得る。 In another exemplary form of SBS, cycle sequencing is described, for example, in WO 04/018497 and US Pat. No. 7,057,026, which are incorporated herein by reference in their entirety. This is accomplished, for example, by the stepwise addition of reversible terminator nucleotides containing cleavable or photobleachable dye labels, as described. This approach has been commercialized by Solexa (now Illumina Inc.) and is also described in WO 91/06678 and WO 07/123,744. The availability of fluorescently labeled terminators that can reverse termination and cleave fluorescent labels facilitates efficient cyclic reversible termination (CRT) sequencing. Polymerases can also be co-engineered to efficiently incorporate and extend from these modified nucleotides.
好ましくは、可逆的ターミネーターに基づく配列決定の実施形態において、標識は、SBS反応条件下での伸長を実質的に阻害しない。しかし、検出標識は、例えば、切断又は分解によって除去可能であり得る。画像は、配列された核酸フィーチャへの標識の組み込み後に捕捉され得る。特定の実施形態では、各サイクルは、アレイへの4つの異なるヌクレオチド型の同時送達を含み、各ヌクレオチド型は、スペクトル的に異なる標識を有する。次に、4つの異なる標識のうちの1つに対して選択的な検出チャネルを各々使用して、4つの画像を取得することができる。或いは、異なるヌクレオチド型を連続的に添加することができ、アレイの画像を各添加工程の間に得ることができる。このような実施形態において、各画像は、特定の型のヌクレオチドが組み込まれた核酸フィーチャを示すであろう。異なるフィーチャは、各フィーチャの異なる配列内容のために、異なる画像に存在するか又は存在しない。しかしながら、フィーチャの相対的な位置は、画像において変化しないままであろう。このような可逆的ターミネーター−SBS法から得られた画像は、本明細書に記載されるように、保存され、処理され、分析され得る。画像捕捉段階に続いて、標識を除去することができ、可逆的ターミネーター部分を、ヌクレオチド付加及び検出のその後のサイクルのために除去することができる。標識が特定のサイクルで検出された後、後続のサイクルの前に標識を除去することは、バックグラウンド信号及びサイクル間のクロストークを低減するという利点を提供することができる。有用な標識及び除去方法の例は、以下に記載されている。 Preferably, in the reversible terminator-based sequencing embodiment, the label does not substantially inhibit extension under SBS reaction conditions. However, the detection label may be removable, for example by cleavage or degradation. The image can be captured after incorporation of the label into the arrayed nucleic acid features. In certain embodiments, each cycle comprises co-delivery of four different nucleotide types to the array, each nucleotide type having a spectrally distinct label. Then, four images can be acquired, each using a detection channel selective for one of four different labels. Alternatively, the different nucleotide types can be added sequentially and an image of the array can be obtained during each addition step. In such an embodiment, each image will show nucleic acid features that incorporate a particular type of nucleotide. Different features may or may not be present in different images due to the different array content of each feature. However, the relative positions of the features will remain unchanged in the image. Images obtained from such a reversible terminator-SBS method can be stored, processed and analyzed as described herein. Following the image capture step, the label can be removed and the reversible terminator moiety can be removed for subsequent cycles of nucleotide addition and detection. Removing the label after it has been detected in a particular cycle and before subsequent cycles can provide the advantage of reducing background signal and crosstalk between cycles. Examples of useful labeling and removal methods are described below.
特定の実施形態では、ヌクレオチドモノマーのいくつか又は全ては、可逆的ターミネーターを含むことができる。このような実施形態において、可逆的ターミネーター/切断可能フルオロフォアは、3’エステル結合を介してリボース部分に結合されたフルオロフォアを含み得る(Metzker、Genome Res.15:1767−1776(2005))。別のアプローチは、蛍光標識の切断からターミネーター化学を分離している(Ruparel et al.、Proc Natl Acad Sci USA 102:5932−7(2005))。Ruparel et al.は、伸長をブロックするために小さな3’アリル基を使用した可逆的ターミネーターの開発を記載したが、パラジウム触媒による短時間の処理によって容易に脱ブロックすることができた。フルオロフォアを、長波長UV光への30秒の暴露によって容易に切断され得る光切断可能なリンカーを介して塩基に付着させた。従って、ジスルフィド還元又は光切断のいずれかを切断可能なリンカーとして使用することができる。可逆的終結に対する別のアプローチは、dNTP上に嵩高い色素を配置した後に起こる自然終結の使用である。dNTP上の帯電した嵩高い色素の存在は、立体障害及び/又は静電障害を通して有効なターミネーターとして作用することができる。1つの取り込み事象の存在は、色素が除去されない限り、さらなる取り込みを妨げる。色素の切断は、フルオロフォアを除去し、終結を効果的に逆転させる。修飾ヌクレオチドの例はまた、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第7,427,673号明細書及び同第7,057,026号明細書に記載されている。 In certain embodiments, some or all of the nucleotide monomers can include reversible terminators. In such embodiments, the reversible terminator/cleavable fluorophore may comprise a fluorophore attached to the ribose moiety via a 3'ester bond (Metzker, Genome Res. 15:1767-1776 (2005)). .. Another approach separates the terminator chemistry from the cleavage of fluorescent labels (Ruparel et al., Proc Natl Acad Sci USA 102:5932-7 (2005)). Ruparel et al. Described the development of a reversible terminator using a small 3'allyl group to block extension, but could be easily deblocked by a brief treatment with a palladium catalyst. The fluorophore was attached to the base via a photocleavable linker that can be easily cleaved by exposure to long wavelength UV light for 30 seconds. Thus, either disulfide reduction or photocleavage can be used as a cleavable linker. Another approach to reversible termination is the use of spontaneous termination that occurs after placing the bulky dye on dNTPs. The presence of charged bulky dyes on dNTPs can act as effective terminators through steric and/or electrostatic hindrance. The presence of one uptake event prevents further uptake unless the dye is removed. Cleavage of the dye removes the fluorophore and effectively reverses termination. Examples of modified nucleotides are also described in US Pat. Nos. 7,427,673 and 7,057,026, which are incorporated herein by reference in their entirety.
本明細書に記載される方法及びシステムと共に使用することができる追加の例示的なSBSシステム及び方法は、米国特許出願公開第2007/0166705号明細書、同第2006/0188901号明細書、同第2006/0240439号明細書、同第2006/0281109号明細書、同第2012/0270305号明細書、及び同第2013/0260372号明細書、米国特許第7,057,026号明細書、PCT国際公開第05/065814号パンフレット、米国特許出願公開第2005/0100900号明細書、及びPCT国際公開第06/064199号パンフレット及び国際公開第07/010,251号パンフレットに記載されている。 Additional exemplary SBS systems and methods that can be used with the methods and systems described herein are disclosed in US Patent Application Publication Nos. 2007/0166705, 2006/0188901, and No. 2006/0240439, No. 2006/0281109, No. 2012/0270305, and No. 2013/0260372, US Pat. No. 7,057,026, PCT International Publication No. 05/065814, U.S. Patent Application Publication No. 2005/0100900, and PCT International Publication No. 06/064199 and International Publication No. 07/010,251.
いくつかの実施形態は、4未満の異なる標識を使用して、4つの異なるヌクレオチドの検出を使用し得る。例えば、SBSは、米国特許出願公開第2013/0079232号明細書の組み込まれた材料に記載されている方法及びシステムを利用して実施することができる。第1の例として、ヌクレオチド型の対は、同じ波長で検出されるが、対の一方のメンバーについての強度の他方と比較した差異に基づいて、又は対の他方のメンバーについて検出されたシグナルと比較して見かけのシグナルを出現若しくは消失させる対の一方のメンバーへの変化(例えば、化学修飾、光化学修飾又は物理修飾を介する)に基づいて区別され得る。第2の例として、4つの異なるヌクレオチド型のうちの3つは、特定の条件下で検出され得、一方、第4のヌクレオチド型は、それらの条件下で検出可能であるか、又はそれらの条件下で最小限に検出される標識を欠く(例えば、バックグラウンド蛍光による最小限の検出など)。核酸への最初の3つのヌクレオチド型の組み込みは、それらの各々のシグナルの存在に基づいて決定され得、核酸への第4のヌクレオチド型の組み込みは、任意のシグナルの非存在又は最小限の検出に基づいて決定され得る。第3の例として、1つのヌクレオチド型は、2つの異なるチャネルにおいて検出される標識を含み得るが、他のヌクレオチド型は、チャネルのうちの1つ以下において検出される。上記3つの例示的な構成は、互いに排他的なものではなく、種々の組み合わせで用いることができる。全ての3つの例を組み合わせる例示的な実施形態は、第1のチャネルにおいて検出される第1のヌクレオチド型(例えば、第1の励起波長によって励起されたときに第1のチャネルにおいて検出される標識を有するdATP)、第2のチャネルにおいて検出される第2のヌクレオチド型(例えば、第2の励起波長によって励起されたときに第2のチャネルにおいて検出される標識を有するdCTP)、第1及び第2のチャネルの両方において検出される第3のヌクレオチド型(例えば、第1及び/又は第2の励起波長によって励起されたときに両方のチャネルにおいて検出される少なくとも1つの標識を有するdTTP)、並びにいずれかのチャネルにおいて検出されないか又は最小限に検出される標識を欠く第4のヌクレオチド型(例えば、標識を有さないdGTP)を使用する蛍光ベースのSBS方法である。 Some embodiments may use the detection of 4 different nucleotides using less than 4 different labels. For example, SBS can be implemented utilizing the methods and systems described in incorporated materials of US 2013/0079232. As a first example, a nucleotide-type pair is detected at the same wavelength, but based on the difference in intensity for one member of the pair compared to the other, or with the signal detected for the other member of the pair. Distinctions can be made based on changes to one member of the pair that result in the appearance or disappearance of the apparent signal (eg, via chemical, photochemical, or physical modification). As a second example, three of the four different nucleotide types can be detected under certain conditions, while the fourth nucleotide type is detectable under those conditions or their Lack of label that is minimally detected under conditions (eg, minimal detection by background fluorescence). The incorporation of the first three nucleotide types into the nucleic acid can be determined based on the presence of their respective signals, and the incorporation of the fourth nucleotide type into the nucleic acid results in the absence or minimal detection of any signal. Can be determined based on As a third example, one nucleotide type may include a label that is detected in two different channels, while other nucleotide types are detected in one or less of the channels. The above three exemplary configurations are not mutually exclusive and can be used in various combinations. An exemplary embodiment combining all three examples is a first nucleotide type detected in a first channel (eg, a label detected in a first channel when excited by a first excitation wavelength). With a second nucleotide type detected in a second channel (eg, dCTP with a label detected in a second channel when excited by a second excitation wavelength), a first and a second A third nucleotide type detected in both of the two channels (eg, dTTP with at least one label detected in both channels when excited by the first and/or second excitation wavelengths), and A fluorescence-based SBS method using a fourth nucleotide type that lacks a label that is not detected or minimally detected in either channel (eg, dGTP without a label).
さらに、米国特許出願公開第2013/0079232号明細書の組み込まれた材料に記載されているように、配列決定データは、単一チャネルを使用して得ることができる。このようないわゆる1色素配列決定アプローチでは、第1のヌクレオチド型は標識されるが、標識は、第1の画像が生成された後に除去され、第2のヌクレオチド型は、第1の画像が生成された後にのみ標識される。第3のヌクレオチド型は、第1及び第2の画像の両方においてその標識を保持し、第4のヌクレオチド型は、両方の画像において標識されないままである。 In addition, sequencing data can be obtained using a single channel, as described in incorporated material of US 2013/0079232. In such a so-called 1-dye sequencing approach, the first nucleotide type is labeled, but the label is removed after the first image is generated, and the second nucleotide type is labeled with the first image. Only after being labeled. The third nucleotide type retains its label in both the first and second images, and the fourth nucleotide type remains unlabeled in both images.
いくつかの実施形態は、連結技術による配列決定を使用することができる。このような技術は、DNAリガーゼを使用して、オリゴヌクレオチドを組み込み、このようなオリゴヌクレオチドの組み込みを同定する。オリゴヌクレオチドは、典型的には、オリゴヌクレオチドがハイブリダイズする配列中の特定のヌクレオチドの同一性と相関する異なる標識を有する。他のSBS方法と同様に、画像は、標識された配列決定試薬で核酸フィーチャのアレイを処理した後に得ることができる。各画像は、特定の型の標識が組み込まれた核酸フィーチャを示すであろう。異なるフィーチャは、各フィーチャの異なる配列内容のために、異なる画像に存在するか、又は存在しないが、フィーチャの相対的な位置は、画像において変化しないままであろう。連結に基づく配列決定方法から得られた画像は、本明細書に記載されるように、保存、処理及び分析され得る。本明細書に記載される方法及びシステムと共に使用することができる例示的なSBSシステム及び方法は、米国特許第6,969,488号明細書、同第6,172,218号明細書、及び同第6,306,597号明細書に記載されている。 Some embodiments may use sequencing by ligation techniques. Such techniques use DNA ligase to incorporate oligonucleotides and identify the incorporation of such oligonucleotides. Oligonucleotides typically have different labels that correlate with the identity of particular nucleotides in the sequence to which the oligonucleotide hybridizes. As with other SBS methods, images can be obtained after treating the array of nucleic acid features with labeled sequencing reagents. Each image will show nucleic acid features that incorporate a particular type of label. Different features may or may not be present in different images due to the different array content of each feature, but the relative position of the features will remain unchanged in the image. Images obtained from the ligation-based sequencing method can be stored, processed and analyzed as described herein. Exemplary SBS systems and methods that can be used with the methods and systems described herein are US Pat. Nos. 6,969,488, 6,172,218, and No. 6,306,597.
いくつかの実施形態は、ナノポア配列決定(Deamer、D.W.& Akeson、M.「Nanopores and nucleic acids:prospects foruLtrapid sequencing.」Trends Biotechnol.18、147−151(2000);Deamer、D.and D.Branton、「Characterization of nucleic acids by nanopore analysis.」Acc.Chem.Res.35:817−825(2002);Li、J.、M.Gershow、D.Stein、E.Brandin、and J.A.Golovchenko、「DNA molecules and configurations in a solid−state nanopore microscope」Nat.Mater.2:611−615(2003))。このような実施形態では、断片−アダプター分子は、ナノポアを通過する。ナノポアは、合成細孔又はα−溶血素のような生物学的膜タンパク質であり得る。断片−アダプター分子がナノポアを通過するとき、各塩基対は、細孔の電気コンダクタンスの変動を測定することによって同定され得る(米国特許第7,001,792号明細書;Soni、G.V.& Meller、「A.Progress towarduLtrafast DNA sequencing using solid−state nanopores.」Clin.Chem.53、1996−2001(2007);Healy、K.「Nanopore−based single−molecule DNA analysis.」Nanomed.2、459−481(2007);Cockroft、S.L.、Chu、J.、Amorin、M.& Ghadiri、M.R.「A single−molecule nanopore device detects DNA polymerase activity with single−nucleotide resolution.」J.Am.Chem.Soc.130、818−820(2008)の完全な開示は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる)。ナノポア配列決定から得られたデータは、本明細書に記載されるように、保存、処理及び分析することができる。特に、データは、本明細書に記載される光学画像及び他の画像の例示的な処理に従って、画像として扱うことができる。 Some embodiments are described in Nanopore Sequencing (Deamer, DW & Akeson, M. "Nanopores and nucleic acids: Prospects foruLtrapid sequencing." Trends Biotechnol. 18, 147- 151 2000; D. Branton, "Characterization of nucleic acids by nanopore analysis." Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li, J., M. Gershow, D. Stein, E. Brand. Golovchenko, "DNA molecules and configurations in a solid-state nanopore microscope," Nat. Mater. 2:611-615 (2003)). In such an embodiment, the fragment-adapter molecule passes through the nanopore. Nanopores can be biological pore proteins such as synthetic pores or α-hemolysin. As the fragment-adaptor molecule passes through the nanopore, each base pair can be identified by measuring the variation in the electrical conductance of the pore (US Pat. No. 7,001,792; Soni, GV. & Meller, "A. Progress towerdutrafast DNA sequencing using solid-state nanopores." Clin. Chem. 53, 1996-2001 (2007), 4; -481 (2007); Cockroft, SL, Chu, J., Amorin, M. & Ghadiri, MR, "A single-molecule nanodefects depletion activity-injection. Chem. Soc. 130, 818-820 (2008), the entire disclosures of which are incorporated herein by reference). The data obtained from nanopore sequencing can be stored, processed and analyzed as described herein. In particular, the data can be treated as an image according to the exemplary processing of optical images and other images described herein.
いくつかの実施形態は、DNAポリメラーゼ活性のリアルタイムモニタリングを含む方法を使用し得る。ヌクレオチドの取り込みは、例えば、双方が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第7,329,492号明細書及び同第7,211,414号明細書に記載されているように、フルオロフォアを有するポリメラーゼとγ−リン酸標識ヌクレオチドとの間の蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)相互作用によって検出することができ、又はヌクレオチド取り込みは、例えば、米国特許第7,315,019号明細書に記載されるようにゼロモード導波路を用いて、例えば、米国特許第7,405,281号明細書及び米国特許出願公開第2008/0108082号明細書に記載されているような蛍光ヌクレオチド類似体及び操作されたポリメラーゼを使用して検出され得る。照射は、蛍光標識されたヌクレオチドの取り込みが低いバックグラウンドで観察され得るように、表面繋留ポリメラーゼの周りのゼプトリットルスケールの体積に制限され得る(Levene、M.J.et al.、「Zero−mode waveguides for single−molecule analysis at high concentrations.」、Science 299、682−686(2003);Lundquist、P.M.et al.、「Parallel confocal detection of single molecules in real time.」Opt.Lett.33、1026−1028(2008);Korlach、J.et al.「Selective aluminum passivation for targeted immobilization of single DNA polymerase molecules in zero−mode waveguide nano structures.」 Proc.Natl.Acad.Sci.USA 105、1176−1181(2008))。このような方法から得られた画像は、本明細書に記載されるように、保存、処理及び分析され得る。 Some embodiments may use methods that include real-time monitoring of DNA polymerase activity. Incorporation of nucleotides is described, for example, in fluorophores as described in US Pat. Nos. 7,329,492 and 7,211,414, both of which are incorporated herein by reference. Can be detected by a fluorescence resonance energy transfer (FRET) interaction between a polymerase having a γ-phosphate labeled nucleotide or nucleotide incorporation is described, for example, in US Pat. No. 7,315,019. Using zero mode waveguides as described, fluorescent nucleotide analogs and manipulations such as those described in, for example, US Pat. No. 7,405,281 and US Pat. App. Pub. No. 2008/0108082. Detected polymerase can be used. Irradiation can be limited to the zeptoliter scale volume around the surface tethered polymerase so that incorporation of fluorescently labeled nucleotides can be observed in the low background (Levene, MJ et al., “Zero- mode waveguides for single-molecule analysis at high concentrations.", Science 299, 682-686 (2003); 1026-1028 (2008); Korlach, J. et al. (2008)). The images obtained from such methods can be stored, processed and analyzed as described herein.
いくつかのSBSの実施形態は、伸長産物へのヌクレオチドの組み込みに際して放出されるプロトンの検出を含む。例えば、放出されたプロトンの検出に基づく配列決定は、Ion Torrent(Guilford、CT、Life Technologiesの子会社)から市販されている電気検出器及び関連技術、又は米国特許出願公開第2009/0026082号明細書;同第2009/0127589号明細書、同第2010/0137143号明細書、及び同第2010/0282617号明細書に記載されている配列決定方法及びシステムを使用することができる。動力学排除を使用して標的核酸を増幅するための本明細書に記載される方法は、プロトンを検出するために使用される基質に容易に適用され得る。より具体的には、本明細書に記載される方法は、プロトンを検出するために使用されるアンプリコンのクローン集団を産生するために使用され得る。 Some SBS embodiments include detection of protons released upon incorporation of nucleotides into extension products. For example, sequencing based on the detection of released protons may be performed using electrical detectors and related techniques commercially available from Ion Torrent (Guilford, CT, a subsidiary of Life Technologies) or US Patent Application Publication No. 2009/0026082. The sequencing methods and systems described in 2009/0127589, 2010/0137143 and 2010/0282617 can be used. The methods described herein for amplifying target nucleic acids using kinetic exclusion can be readily applied to the substrate used to detect protons. More specifically, the methods described herein can be used to produce a clonal population of amplicons used to detect protons.
上記のSBS方法は、有利には、複数の異なる断片−アダプター分子が同時に操作されるような多重フォーマットで実施することができる。特定の実施形態では、異なる断片−アダプター分子は、共通の反応容器中で、又は特定の基質の表面上で処理され得る。これは、配列決定試薬の簡便な送達、未反応試薬の除去、及び多重様式での取り込み事象の検出を可能にする。表面結合標的核酸を使用する実施形態において、断片−アダプター分子は、アレイ形式であり得る。アレイ形式において、断片−アダプター分子は、典型的には、空間的に区別可能な様式で表面に結合され得る。断片−アダプター分子は、直接共有結合、ビーズ若しくは他の粒子への付着、又は表面に付着したポリメラーゼ又は他の分子への結合によって結合することができる。アレイは、各部位(フィーチャとも呼ばれる)に断片−アダプター分子の単一コピーを含むことができ、又は同じ配列を有する複数コピーが各部位若しくはフィーチャに存在することができる。複数のコピーは、以下にさらに詳細に記載されるように、増幅方法(例えば、架橋増幅又はエマルジョンPCR)によって産生され得る。 The SBS method described above may advantageously be performed in a multiplex format such that a plurality of different fragment-adapter molecules are manipulated simultaneously. In particular embodiments, different fragment-adapter molecules can be treated in a common reaction vessel or on the surface of a particular substrate. This allows for convenient delivery of sequencing reagents, removal of unreacted reagents, and detection of uptake events in multiplex fashion. In embodiments that use surface-bound target nucleic acids, the fragment-adapter molecules can be in array format. In array format, the fragment-adapter molecules can typically be bound to the surface in a spatially distinct manner. Fragment-adapter molecules can be attached by direct covalent attachment, attachment to beads or other particles, or attachment to surface-attached polymerases or other molecules. The array can include a single copy of the fragment-adapter molecule at each site (also called a feature), or multiple copies with the same sequence can be present at each site or feature. Multiple copies can be produced by an amplification method, such as cross-linking amplification or emulsion PCR, as described in further detail below.
本明細書に記載される方法は、例えば、少なくとも約10フィーチャ/cm2、100フィーチャ/cm2、500フィーチャ/cm2、1,000フィーチャ/cm2、5,000フィーチャ/cm2、10,000フィーチャ/cm2、50,000フィーチャ/cm2、100,000フィーチャ/cm2、1,000,000フィーチャ/cm2、5,000,000フィーチャ/cm2以上を含む様々な密度のいずれかでフィーチャを有するアレイを使用することができる。 The methods described herein are, for example, at least about 10 features/cm 2 , 100 features/cm 2 , 500 features/cm 2 , 1,000 features/cm 2 , 5,000 features/cm 2 , 10,. Any of a variety of densities including 000 features/cm 2 , 50,000 features/cm 2 , 100,000 features/cm 2 , 1,000,000 features/cm 2 , 5,000,000 features/cm 2 or more. An array with features at can be used.
本明細書に記載される方法の利点は、複数のcm2の迅速且つ効率的な並行検出を提供することである。従って、本開示は、上記に例示したような当技術分野で既知の技術を用いて核酸を調製及び検出することができる統合システムを提供する。従って、本開示の統合システムは、増幅試薬及び/又は配列決定試薬を1つ以上の固定化DNA断片に送達することができる流体構成要素を含むことができ、このシステムは、ポンプ、バルブ、リザーバ、流体ラインなどの構成要素を含む。フローセルは、標的核酸の検出のための統合システムにおいて構成及び/又は使用され得る。例示的なフローセルは、例えば、米国特許出願公開第2010/0111768号明細書及び米国特許出願第13/273,666号明細書に記載されている。フローセルについて例示されるように、統合システムの流体構成要素のうちの1つ以上は、増幅方法及び検出方法のために使用され得る。核酸配列決定の実施形態を例にとると、統合システムの1つ以上の流体構成要素は、本明細書に記載される増幅方法のために、及び上記に例示されるような配列決定方法における配列決定試薬の送達のために使用され得る。或いは、統合システムは、増幅方法を実施し、検出方法を実施するための別個の流体システムを含むことができる。増幅された核酸を生成し、また核酸の配列を決定することができる統合配列決定システムの例には、MiSeq(商標)プラットフォーム(Illumina、Inc.、San Diego、CA)及び参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第13/273,666号明細書に記載されるデバイスが含まれるが、これらに限定されない。 An advantage of the method described herein is that it provides rapid and efficient parallel detection of multiple cm 2 . Accordingly, the present disclosure provides an integrated system capable of preparing and detecting nucleic acids using techniques known in the art such as those exemplified above. Thus, the integrated system of the present disclosure can include fluidic components capable of delivering amplification reagents and/or sequencing reagents to one or more immobilized DNA fragments, which systems include pumps, valves, reservoirs. , Fluid lines and other components. The flow cell can be configured and/or used in an integrated system for the detection of target nucleic acids. Exemplary flow cells are described, for example, in U.S. Patent Application Publication No. 2010/0111768 and U.S. Patent Application No. 13/273,666. As illustrated for the flow cell, one or more of the fluid components of the integrated system can be used for amplification and detection methods. Taking the nucleic acid sequencing embodiment as an example, one or more fluidic components of the integrated system may be sequenced for the amplification methods described herein and in the sequencing methods as exemplified above. It can be used for delivery of determination reagents. Alternatively, the integrated system can include a separate fluid system for performing the amplification method and the detection method. Examples of integrated sequencing systems capable of producing amplified nucleic acids and sequencing the nucleic acids include MiSeq™ platform (Illumina, Inc., San Diego, Calif.) and herein by reference. It includes, but is not limited to, the devices described in incorporated US patent application Ser. No. 13/273,666.
本明細書に記載される方法の実施中に、様々な組成物が生じ得る。例えば、図2ブロックvii又は図4に示す構成を有するデュアル−インデックス断片−アダプター分子を含むデュアル−インデックス断片−アダプター分子と、デュアル−インデックス断片−アダプター分子を含む組成物が生じ得る。図2ブロックvii又は図4に示す構成を有するデュアル−インデックス断片−アダプター分子を含むデュアル−インデックス断片−アダプター分子の配列決定ライブラリー、及び配列決定ライブラリーを含む組成物が生じ得る。このような配列決定ライブラリーは、アレイに結合され得る。 Various compositions may occur during the performance of the methods described herein. For example, a dual-index fragment-adapter molecule comprising a dual-index fragment-adaptor molecule and a composition comprising a dual-index fragment-adapter molecule having the configuration shown in Figure 2 block vii or Figure 4 may result. A sequencing library of dual-index fragment-adaptor molecules comprising a dual-index fragment-adaptor molecule having the configuration shown in FIG. 2 block vii or FIG. 4 and a composition comprising a sequencing library can result. Such a sequencing library can be bound to an array.
本発明は、以下の実施例によって例示される。特定の例、材料、量、及び手順は、本明細書に記載される発明の範囲及び趣旨に従って広く解釈されるべきであることを理解するべきである。 The invention is illustrated by the following examples. It should be understood that the particular examples, materials, amounts, and procedures should be construed broadly in accordance with the scope and spirit of the inventions described herein.
実施例で使用される試薬
・ リン酸緩衝生理食塩水(PBS、Thermo Fisher、Cat.10010023)
・ 0.25%トリプシン(Thermo Fisher、Cat.15050057)
・ Tris(Fisher、Cat.T1503)
・ HCl(Fisher、Cat.A144)
・ NaCl(Fisher、Cat.M−11624)
・ MgCl2(Sigma、Cat.M8226)
・ Igepal(登録商標)CA−630(Sigma、I8896)
・ プロテアーゼ阻害剤(Roche、Cat.11873580001)
・ PCR−清浄ddH2O
・ リチウム3,5−ジヨードサリチル酸(Sigma、Cat.D3635)−LAND方法のみ
・ ホルムアルデヒド(Sigma、Cat.F8775)−xSDS方法のみ
・ グリシン(Sigma、Cat.G8898)−xSDS方法のみ
・ NE緩衝液2.1(NEB、Cat.B7202)−xSDS方法のみ
・ SDS(Sigma、Cat.L3771)−xSDS方法のみ
・ Triton(商標)X−100(Sigma、Cat.9002−93−1)−xSDS方法のみ
・ DAPI(Thermo Fisher、Cat.D1306)
・ Nextera(登録商標)キットからのTD緩衝液(Illumina、Cat.FC−121−1031)
・ 96インデックス付加シトシン枯渇トランスポソーム(公開された方法を用いて組み立てられた、配列は表1に示される)
・ 9−ヌクレオチド無作為プライマー(表2)
・ 10mM dNTP混合物(NEB、Cat.N0447)
・ Klenow(3’−>5’エキソ−)ポリメラーゼ(Enzymatics、Cat.P7010−LC−L)
・ 200プルーフエタノール
・ インデックス付加i5及びi7 PCRプライマー(表3)
・ Kapa HiFi(商標)HotStart ReadyMix
・ SYBR(登録商標)Green(FMC BioProducts、Cat.50513)
・ QIAquick(登録商標)PCR精製キット(Qiagen、Cat.28104)
・ dsDNA高感度Qubit(登録商標)(Thermo Fisher、Cat.Q32851)
・ 高感度バイオアナライザーキット(Agilent、Cat.5067−4626)
・ NextSeq配列決定キット(高又は中150−サイクル)
・ 非メチル化ラムダDNA(Promega、Cat.D1521)
・ HiSeq(登録商標)2500配列決定キット(Illumina)
・ HiSeq(登録商標)X配列決定キット(Illumina)
・ EZ−96 DNAメチル化MagPrepキット(Zymo Research、Cat D5040)
・ カスタムLNA配列決定プライマー(表4)
・ ポリエチレングリコール(PEG)
・ SPRIビーズ
Reagents used in Examples-Phosphate buffered saline (PBS, Thermo Fisher, Cat. 10010023)
-0.25% trypsin (Thermo Fisher, Cat. 15050057)
・Tris (Fisher, Cat. T1503)
-HCl (Fisher, Cat. A144)
-NaCl (Fisher, Cat. M-11624)
-MgCl2 (Sigma, Cat. M8226)
-Igepal (registered trademark) CA-630 (Sigma, I8896)
-Protease inhibitor (Roche, Cat. 11873580001)
PCR-clean ddH2O
-Lithium 3,5-diiodosalicylic acid (Sigma, Cat.D3635)-LAND method only-Formaldehyde (Sigma, Cat.F8775)-xSDS method-Glycine (Sigma, Cat.G8898)-xSDS method-NE buffer solution 2.1 (NEB, Cat.B7202)-xSDS method only-SDS (Sigma, Cat.L3771)-xSDS method only-Triton(TM) X-100 (Sigma, Cat.9002-93-1)-xSDS method only・DAPI (Thermo Fisher, Cat. D1306)
TD buffer from Nextera® kit (Illumina, Cat. FC-121-1031)
96 indexed cytosine-depleted transposomes (assembled using published methods, sequences shown in Table 1)
• 9-nucleotide random primer (Table 2)
・10 mM dNTP mixture (NEB, Cat. N0447)
-Klenow (3'->5' exo-) polymerase (Enzymatics, Cat. P7010-LC-L)
・200 proof ethanol ・Index added i5 and i7 PCR primers (Table 3)
-Kapa HiFi (trademark) HotStart ReadyMix
SYBR (registered trademark) Green (FMC BioProducts, Cat. 50513)
-QIAquick (registered trademark) PCR purification kit (Qiagen, Cat. 28104)
-DsDNA high sensitivity Qubit (registered trademark) (Thermo Fisher, Cat. Q32851)
・High-sensitivity bioanalyzer kit (Agilent, Cat.5067-4626)
-NextSeq sequencing kit (150-cycle high or medium)
-Unmethylated lambda DNA (Promega, Cat. D1521)
-HiSeq (registered trademark) 2500 sequencing kit (Illumina)
-HiSeq (registered trademark) X sequencing kit (Illumina)
EZ-96 DNA methylation MagPrep kit (Zymo Research, Cat D5040)
-Custom LNA sequencing primers (Table 4)
・Polyethylene glycol (PEG)
・SPRI beads
実施例で使用される装置
・ 35μM細胞濾過器(BD Biosciences、Cat.352235)
・ 96ウェルプレート適合性磁気ラック
・ Sony SH800細胞選別機(Sony Biotechnology、Cat.SH800)又はDAPIベースの単一核選別が可能な他のFACS機器
・ CFX Connect RTサーマルサイクラー(Bio−Rad、Cat.1855200)又は他のリアルタイムサーモサイクラー
・ サーモミキサー
・ Qubit(登録商標)2.0蛍光光度計(Thermo Fisher、Cat.Q32866)
・ 2100バイオアナライザー(Agilent、Cat.G2939A)
・ NextSeq(登録商標)500(Illumina、Cat.SY−415−1001−1)
・ HiSeq(登録商標)2500(Illumina)
・ HiSeq(登録商標)X(Illumina)
Device used in Examples 35 μM cell strainer (BD Biosciences, Cat. 352235)
• 96-well plate compatible magnetic rack • Sony SH800 cell sorter (Sony Biotechnology, Cat. SH800) or other FACS instrument capable of DAPI-based single nuclear sorting. • CFX Connect RT thermal cycler (Bio-Rad, Cat. 1855200) or other real-time thermocycler, thermomixer, Qubit® 2.0 fluorometer (Thermo Fisher, Cat. Q32866).
2100 bioanalyzer (Agilent, Cat. G2939A)
-NextSeq (registered trademark) 500 (Illumina, Cat. SY-415-1001-1)
・HiSeq (registered trademark) 2500 (Illumina)
・HiSeq (registered trademark) X (Illumina)
実施例で使用されるオリゴヌクレオチド Oligonucleotides used in the examples
実施例1
非メチル化対照ラムダDNAの調製
100ナノグラムの非メチル化ラムダDNA、5uLの2X TD緩衝液、5uLのNIB緩衝液(10mM Tris−HCl pH7.4、10MM NaCl、3mM MgCl2、0.1% Igepal(登録商標)、1Xプロテアーゼ阻害剤)、及び4μLの500nMの固有にインデックス付加されたシトシン枯渇トランスポソームを合わせた。混合物を55℃で20分間インキュベートし、次いでQIAquick(登録商標)PCR精製カラムを用いて精製し、30μLのEB中に溶出した。
Example 1
Unmethylated lambda DNA Preparation 100 nanograms unmethylated control lambda DNA, 2X TD buffer 5 uL, NIB buffer 5uL (10mM Tris-HCl pH7.4,10MM NaCl , 3mM MgCl 2, 0.1% Igepal (Registered trademark), 1× protease inhibitor), and 4 μL of 500 nM uniquely indexed cytosine-depleted transposome were combined. The mixture was incubated at 55° C. for 20 minutes, then purified using a QIAquick® PCR purification column and eluted in 30 μL EB.
DNAの濃度を、2uLの混合物を使用して、dsDNA好感度Qubit 2.0蛍光光度計を用いて定量した。この濃度を17.95pg/uLに希釈した。これはおよそ5ヒト細胞のゲノム量をシミュレートする。 The concentration of DNA was quantified using a dsDNA sensitive Qubit 2.0 fluorometer using 2 uL of the mixture. This concentration was diluted to 17.95 pg/uL. This simulates the genomic mass of approximately 5 human cells.
実施例2
18% PEG SPRIビーズ混合物の調製
Sera−Magビーズ(1ml)を、低結合1.5mL管に等分し、次いで、上清が透明になるまで磁気スタンド上に置いた。ビーズを500uLの10mM Tris−HCl(pH8.0)の溶液で洗浄し、上清が透明になった後に溶液を除去し、この洗浄工程を全部で4回繰り返した。ビーズを以下の混合物に再懸濁した:18% PEG8000(質量比)、1M NaCl、10mM Tris−HCl、pH8.0、1mM EDTA、0.05% Tween−20;穏やかに撹拌しながら室温で少なくとも1時間インキュベートし、次いで18% PEG SPRIビーズを4℃で保存した。ビーズを室温に到達させた後、使用した。
Example 2
Preparation of 18% PEG SPRI Bead Mix Sera-Mag beads (1 ml) were aliquoted into low binding 1.5 mL tubes and then placed on a magnetic stand until the supernatant was clear. The beads were washed with 500 uL of a 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) solution, the solution was removed after the supernatant became clear, and this washing step was repeated 4 times in total. The beads were resuspended in the following mixture: 18% PEG8000 (mass ratio), 1M NaCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA, 0.05% Tween-20; at least room temperature with gentle agitation. Incubate for 1 hour, then store 18% PEG SPRI beads at 4°C. The beads were used after reaching room temperature.
実施例3
リチウム3,5−ジヨードサリチル酸(LAND)又はSDS(xSDS)を用いた核の調製
A.核調製及びヌクレオソーム枯渇のLAND方法
細胞が縣濁液細胞培養物中にある場合、培養物を穏やかに粉砕して細胞凝集塊を破壊し、細胞を500xgで5分間、4℃で回転させることによってペレット化し、500μLの氷冷PBSで洗浄した。
Example 3
Preparation of nuclei with lithium 3,5-diiodosalicylic acid (LAND) or SDS (xSDS) NAD Preparation of Nucleation and Nucleosome Depletion When cells are in suspension cell culture, the culture is gently disrupted to disrupt cell clumps and the cells are spun at 500 xg for 5 minutes at 4°C. Pelletized and washed with 500 μL ice cold PBS.
細胞が接着性細胞培養物中にある場合、培地を吸引し、細胞を37℃で10mlのPBSで洗浄し、次いで37℃で十分な0.25%トリプシンを添加して単層を被覆した。37℃で5分間、又は細胞の90%がもはや表面に付着しなくなるまでインキュベートした後、37℃の培地を1:1の比率で添加してトリプシンをクエンチした。細胞を500xgで5分間、4℃で回転させることによってペレット化し、次いで500μLの氷冷PBSで洗浄した。 If the cells were in adherent cell cultures, the medium was aspirated, the cells were washed with 10 ml PBS at 37°C and then at 37°C sufficient 0.25% trypsin was added to coat the monolayer. After incubation at 37° C. for 5 minutes or until 90% of the cells no longer attach to the surface, 37° C. medium was added at a 1:1 ratio to quench trypsin. Cells were pelleted by spinning at 500 xg for 5 minutes at 4°C, then washed with 500 μL ice-cold PBS.
縣濁液細胞培養物又は接着性細胞培養物のいずれかからの細胞を、500xgで5分間回転させることによってペレット化し、次いで、NIB緩衝液(2.5μLの1M LIS+197.5μLのNIB緩衝液)中の200μLの12.5mM LISに再懸濁した。氷上で5分間インキュベートした後、800μLのNIB緩衝液を添加した。細胞を35μMの細胞濾過器に穏やかに通し、5μLのDAPI(5mg/mL)を加えた。 Cells from either suspension or adherent cell cultures are pelleted by spinning at 500 xg for 5 minutes, then NIB buffer (2.5 μL 1M LIS + 197.5 μL NIB buffer). Resuspended in 200 μL of 12.5 mM LIS. After incubating on ice for 5 minutes, 800 μL of NIB buffer was added. The cells were gently passed through a 35 μM cell strainer and 5 μL of DAPI (5 mg/mL) was added.
B.核調製及びヌクレオソーム枯渇のxSDS方法
細胞が縣濁液細胞培養物中にある場合、培地を穏やかに粉砕して、細胞凝集塊を破壊した。培地中の10mlの細胞に406μlの37%ホルムアルデヒドを添加し、穏やかに振盪しながら室温で10分間インキュベートした。800マイクロリットルの2.5Mグリシンを細胞に添加し、氷上で5分間インキュベートし、次いで550xgで8分間、4℃で遠心分離した。10mLの氷冷PBSで洗浄した後、細胞を5mLの氷冷NIB(10mM TrisHCl pH7.4、10mM NaCl、3mM MgCl2、0.1% Igepal(登録商標)、1xプロテアーゼ阻害剤)に再懸濁し、穏やかに混合しながら氷上で20分間インキュベートした。
B. Nuclear Preparation and Nucleosome Depletion xSDS Method When cells were in suspension cell culture, medium was gently triturated to disrupt cell clumps. To 10 ml cells in medium was added 406 μl 37% formaldehyde and incubated for 10 minutes at room temperature with gentle shaking. 800 microliters of 2.5 M glycine was added to the cells, incubated on ice for 5 minutes, then centrifuged at 550 xg for 8 minutes at 4°C. After washing with 10 mL ice-cold PBS, cells were resuspended in 5 mL ice-cold NIB (10 mM TrisHCl pH 7.4, 10 mM NaCl, 3 mM MgCl 2 , 0.1% Igepal®, 1× protease inhibitor). Incubated on ice for 20 minutes with gentle mixing.
細胞が接着性細胞培養物中にある場合、培地を吸引し、細胞を37℃で10mlのPBSで洗浄し、次いで37℃で十分な0.25%トリプシンを添加して単層を被覆した。37℃で5分間、又は細胞の90%がもはや表面に付着しなくなるまでインキュベートした後、37℃の培地を1:1の比率で添加してトリプシンをクエンチし、培地で容量を10mlにした。細胞を10mlの培地に再懸濁し、406μlの37%ホルムアルデヒドを添加し、穏やかに振盪しながら室温で10分間インキュベートした。800マイクロリットルの2.5Mグリシンを細胞に添加し、氷上で5分間インキュベートした。細胞を550xgで8分間、4℃で遠心分離し、10mlの氷冷PBSで洗浄した。細胞を氷冷5mLのNIBに再懸濁した後、それらを穏やかに混合しながら氷上で20分間インキュベートした。 If the cells were in adherent cell cultures, the medium was aspirated, the cells were washed with 10 ml PBS at 37°C and then at 37°C sufficient 0.25% trypsin was added to coat the monolayer. After incubation at 37° C. for 5 minutes or until 90% of the cells no longer attach to the surface, 37° C. medium was added at a 1:1 ratio to quench trypsin and bring the volume to 10 ml with medium. Cells were resuspended in 10 ml medium, 406 μl 37% formaldehyde was added and incubated for 10 minutes at room temperature with gentle shaking. 800 microliters of 2.5 M glycine was added to the cells and incubated on ice for 5 minutes. Cells were centrifuged at 550 xg for 8 minutes at 4°C and washed with 10 ml ice cold PBS. After resuspending the cells in 5 mL of ice cold NIB, they were incubated on ice for 20 minutes with gentle mixing.
縣濁液細胞培養物又は接着性細胞培養物のいずれかからの細胞又は核を、500xgで5分間回転させることによってペレット化し、900μLの1x NE緩衝液2.1で洗浄した。500xgで5分間回転させた後、ペレットを800μLの1x NE緩衝液2.1に12μLの20% SDSと共に再懸濁し、42℃で30分間激しく振盪しながらインキュベートし、次いで200μLの10% Triton(商標)X−100を添加し、42℃で30分間激しく振盪しながらインキュベートした。細胞を35μMの細胞濾過器に穏やかに通し、5μLのDAPI(5mg/mL)を加えた。 Cells or nuclei from either suspension cell cultures or adherent cell cultures were pelleted by spinning at 500xg for 5 minutes and washed with 900 μL of 1x NE buffer 2.1. After spinning at 500 xg for 5 minutes, the pellet was resuspended in 800 μL of 1x NE buffer 2.1 with 12 μL of 20% SDS and incubated at 42°C for 30 minutes with vigorous shaking, then 200 μL of 10% Triton ( ™ X-100 was added and incubated at 42°C for 30 minutes with vigorous shaking. The cells were gently passed through a 35 μM cell strainer and 5 μL of DAPI (5 mg/mL) was added.
実施例4
核の選別及びタグメンテーション
タグメンテーションプレートを、10μLの1x TD緩衝液(1プレートについて:500μLのNIB緩衝液+500μLのTD緩衝液)を用いて調製し、2500個の単一核をタグメンテーションプレートの各ウェルに選別した。この工程において、ウェル当たりの核の数は、ウェル当たりの核の数がプレート全体について一貫している限り、わずかに変化させることができる。トランスポザーゼインデックスが保存されるので、異なるサンプルをプレートの異なるウェルに多重化することもできる。細胞は図2に従いゲートされた。500xgで5分間プレートをスピンダウンした後、500nMの固有にインデックス付加されたシトシン枯渇トランスポソーム4μLを各ウェルに加えた。密閉後、プレートを穏やかに振盪しながら55℃で15分間インキュベートした。次いで、プレートを氷上に置いた。全てのウェルをプールし、次いで35μMの細胞濾過器に通した。5マイクロリットルのDAPI(5mg/mL)を添加した。
Example 4
Nuclear Selection and Tagmentation Tagmentation plates were prepared with 10 μL of 1×TD buffer (for one plate: 500 μL NIB buffer+500 μL TD buffer) and 2500 single nuclei were tagged. Each well of the rotation plate. In this step, the number of nuclei per well can be varied slightly as long as the number of nuclei per well is consistent across the plate. Because the transposase index is preserved, different samples can also be multiplexed into different wells of the plate. Cells were gated according to Figure 2. After spinning down the plate at 500 xg for 5 minutes, 4OuL of 500nM uniquely indexed cytosine-depleted transposome was added to each well. After sealing, the plates were incubated for 15 minutes at 55°C with gentle shaking. The plate was then placed on ice. All wells were pooled and then passed through a 35 μM cell strainer. 5 microliters of DAPI (5 mg/mL) was added.
実施例5
核の第2の選別
5uLのZymo消化試薬(2.5uLのM−消化緩衝液、2.25uLのH2O、及び0.25uLのプロテイナーゼK)を用いて、各ウェルについてマスターミックスを調製した。最もストリンジェントな選別設定を用いて、10個又は22個の単一核のいずれかを各ウェルに選別した。10個の単一核を、非メチル化対照スパイクインに使用されるウェルに選別し、22個の細胞を他のウェルに選別した。次いで、このプレートを600xgで5分間、4℃で遠心分離する。
Example 5
Second selection of nuclei A master mix was prepared for each well with 5 uL Zymo digestion reagent (2.5 uL M-digestion buffer, 2.25 uL H2O, and 0.25 uL proteinase K). Either 10 or 22 single nuclei were sorted into each well using the most stringent sorting settings. Ten single nuclei were sorted into the wells used for the unmethylated control spike-in and 22 cells were sorted into the other wells. The plate is then centrifuged at 600 xg for 5 minutes at 4°C.
実施例6
消化及び亜硫酸水素変換
C枯渇トランスポソームで前処理した約35pg(2uL)の非メチル化対照ラムダDNAを用いて、10個の単一核を有するウェルをスパイクした。このプレートを50℃で20分間インキュベートして核を消化し、32.5uLの新たに調製したZymo CT変換試薬を製造者のプロトコルに従って添加した。ウェルを粉砕によって混合し、プレートを600xgで2分間、4℃で遠心分離した。このプレートを、以下の工程のためにサーモサイクラー上に置いた後、続けた:98℃で8分間、64℃で3.5時間、次いで4℃で20時間未満保持する。Zymo MagBindingビーズ(5uL)を各ウェルに添加し、150uLのM−結合緩衝液を各ウェルに添加した。粉砕によってウェルを混合した後、このプレートを室温で5分間インキュベートした。上清が透明になるまで、プレートを96ウェル適合性磁気ラック上に置いた。
Example 6
Digestion and bisulfite conversion About 35 pg (2 uL) of unmethylated control lambda DNA pretreated with C-depleted transposomes was used to spike wells with 10 single nuclei. The plate was incubated at 50° C. for 20 minutes to digest the nuclei and 32.5 uL of freshly prepared Zymo CT conversion reagent was added according to the manufacturer's protocol. Wells were mixed by trituration and plates were centrifuged at 600 xg for 2 minutes at 4°C. The plate was placed on a thermocycler for the following steps followed by: holding at 98°C for 8 minutes, 64°C for 3.5 hours, then 4°C for less than 20 hours. Zymo MagBinding beads (5 uL) were added to each well and 150 uL of M-binding buffer was added to each well. After mixing the wells by trituration, the plate was incubated for 5 minutes at room temperature. The plate was placed on a 96-well compatible magnetic rack until the supernatant was clear.
上清を除去し、ウェルをi)磁気ラックからプレートを除去し、ii)各ウェルに100uLの80%エタノールを添加し、ビーズペレット上を走らせ、iii)プレートを磁気ラック上に戻し、次いで上清を透明になると除去することによって、新鮮な80%エタノール(容量による)で洗浄した。 The supernatant is removed and the wells are i) removed from the magnetic rack, ii) 100 uL of 80% ethanol is added to each well and run on the bead pellet, iii) the plate is placed back on the magnetic rack, then top It was washed with fresh 80% ethanol (by volume) by removing the clear when clear.
脱スルホン化は、50uLのM−脱スルホン化緩衝液を各々ウェルに添加し、ビーズを粉砕によって完全に再懸濁し、室温で15分間インキュベートし、プレートを磁気ラック上に置き、次いで、上清を透明になると除去することによって達成した。 Desulphonation was carried out by adding 50 uL of M-desulphonation buffer to each well, thoroughly resuspending the beads by trituration, incubating for 15 minutes at room temperature, placing the plate on a magnetic rack, then the supernatant. Was achieved by clearing and removing.
上清を除去した。ウェルをi)磁気ラックからプレートを除去し、ii)各ウェルに100uLの80%エタノールを添加し、ビーズペレット上を走らせ、iii)プレートを磁気ラック上に戻し、次いで上清を透明になると除去することによって、新鮮な80%エタノール(容量による)で洗浄する。 The supernatant was removed. Wells i) Remove plate from magnetic rack, ii) Add 100 uL 80% ethanol to each well, run on bead pellet, iii) Put plate back on magnetic rack, then remove supernatant when clear By washing with 80% fresh ethanol (by volume).
ペレットが視覚的に亀裂を生じ始めるまで、ビーズペレットを約10分間乾燥させた。 The bead pellet was dried for about 10 minutes until the pellet began to crack visually.
各ウェルに25uLのZymo M−溶離緩衝液を添加し、ペレットを完全に解離するために粉砕し、プレートを55℃で4分間加熱することによって、溶離を達成した。 Elution was achieved by adding 25 uL Zymo M-elution buffer to each well, crushing the pellet for complete dissociation, and heating the plate at 55° C. for 4 minutes.
実施例7
線形増幅
完全溶離液を、ウェル当たり以下の反応混合物:16uLのPCR−清浄H2O、5uLの10X NE緩衝液2.1、2uLの10mM dNTP混合物、及び2uLの10uM 9−ヌクレオチド無作為プライマーを用いて調製したプレートに移した。
Example 7
Linear amplification Complete eluate was used per well with the following reaction mixture: 16 uL PCR-clean H2O, 5 uL 10X NE buffer 2.1, 2 uL 10 mM dNTP mix, and 2 uL 10 uM 9-nucleotide random primers. Transferred to prepared plate.
線形増幅を以下のように行った:i)95℃で45秒間インキュベートすることによってDNAを一本鎖とし、次いで氷上で急冷し、氷上で保持し、ii)完全に冷却したら、10U Klenow(3’−>5’エキソ−)ポリメラーゼを各ウェルに加え、iii)プレートを4℃で5分間インキュベートし、次いで+1℃/15秒の速度で37℃まで昇温させ、次いで37℃で90分間保持する。 Linear amplification was performed as follows: i) DNA was made single-stranded by incubation at 95° C. for 45 seconds, then quenched on ice and kept on ice, ii) once completely cooled, 10 U Klenow (3 '->5' exo-) polymerase is added to each well and iii) the plate is incubated at 4°C for 5 minutes, then ramped to 37°C at a rate of +1°C/15 seconds and then held at 37°C for 90 minutes. To do.
工程i〜iiiをさらに3回繰り返し、合計4ラウンドの線形増幅を行った。各増幅について、以下の混合物を各ウェル中の反応物に添加した:1uLの10uM 9−ヌクレオチド無作為プライマー、1uLの10mM dNTP混合物、及び1.25uLの4X NE緩衝液2.1。4ラウンドの線形増幅は、典型的には、より少ないラウンドと比較して、読み取りアラインメント速度及びライブラリーの複雑さを有意に増加させる。 Steps i to iii were repeated 3 more times for a total of 4 rounds of linear amplification. For each amplification, the following mixture was added to the reactions in each well: 1 uL 10 uM 9-nucleotide random primer, 1 uL 10 mM dNTP mix, and 1.25 uL 4X NE buffer 2. 1. 4 rounds. Linear amplification typically significantly increases read alignment rates and library complexity compared to fewer rounds.
以下のように、調製した18% PEG SPRIビーズ混合物を1.1X(ウェル反応体積と比較した体積濃度)で使用してウェルを清浄化した。このプレートを室温で5分間インキュベートし、磁気ラック上に置き、上清を透明になると除去した。ビーズペレットを50uLの80%エタノールで洗浄した。残っている液体を除去し、ビーズペレットを亀裂が始まるまで乾燥させた。DNAを21uLの10mM Tris−Cl(pH8.5)中に溶出した。 Wells were cleaned using the prepared 18% PEG SPRI bead mixture at 1.1X (volume concentration compared to well reaction volume) as follows. The plate was incubated for 5 minutes at room temperature, placed on a magnetic rack and the supernatant removed when clear. The bead pellet was washed with 50 uL of 80% ethanol. The remaining liquid was removed and the bead pellet was dried until cracking started. DNA was eluted in 21 uL of 10 mM Tris-Cl (pH 8.5).
実施例8
インデックス付加PCR反応
完全溶離液を、ウェル当たり以下の反応混合物:2uLの10uM i7インデックスPCRプライマー、2uLの10uM i5インデックスPCRプライマー、25uLの2X KAPA HiFi(商標)HotStart ReadyMix、及び0.5uLの100X SYBR(登録商標)Green Iを用いて調製したプレートに移した。PCR増幅は、以下のサイクルで、リアルタイムサーモサイクラーで実施し:95℃で2分間(94℃で80秒間、65℃で30秒間、72℃で30秒間)、ウェルの大部分が測定されたSYBR(登録商標)Green蛍光の変曲を示したら反応を停止した。ライブラリー調製については、16〜21 PCRサイクルの間に変曲プラトーが観察された。
Example 8
Indexed PCR Reaction Complete eluate was added to the following reaction mixture per well: 2 uL of 10 uM i7 index PCR primer, 2 uL of 10 uM i5 index PCR primer, 25 uL of 2X KAPA HiFi™ HotStart ReadyMix, and 0.5 uL of 100X SYBR. Transferred to plates prepared using ® Green I. PCR amplification was performed in a real-time thermocycler with the following cycles: 95° C. for 2 minutes (94° C. for 80 seconds, 65° C. for 30 seconds, 72° C. for 30 seconds), most of the wells were measured for SYBR. The reaction was stopped when it showed an inflection of (registered trademark) Green fluorescence. For library preparation, an inflection plateau was observed between 16 and 21 PCR cycles.
実施例9
ライブラリーの清浄化及び定量化
ライブラリーを、以下のように、18% PEGS PRIビーズ混合物を0.8X(ウェル反応体積と比較した体積濃度)で使用して、ウェル当たり洗浄した。プレートを室温で5分間インキュベートし、磁気ラック上に置き、上清を透明になった後に除去した。ビーズペレットを50uLの80%エタノールで洗浄した。残っている液体を除去し、ビーズペレットを亀裂が始まるまで乾燥させた。DNAを25uLの10mM Tris−Cl(pH8.5)中に溶出した。
Example 9
Library Cleaning and Quantification The library was washed per well using an 18% PEGS PRI bead mixture at 0.8X (volume concentration compared to well reaction volume) as follows. The plate was incubated for 5 minutes at room temperature, placed on a magnetic rack and the supernatant was removed after clearing. The bead pellet was washed with 50 uL of 80% ethanol. The remaining liquid was removed and the bead pellet was dried until cracking started. DNA was eluted in 25 uL of 10 mM Tris-Cl (pH 8.5).
ライブラリーを、5uLの各ウェルを使用してプールし、2uLを使用して、製造者のプロトコルに従って、dsDNA高感度Qubit(登録商標)2.0蛍光光度計を用いてDNAの濃度を定量した。Qubit(登録商標)読み出しは、ライブラリーを約4ng/uLに希釈するために使用され、1uLは製造者のプロトコルに従って、高感度バイオアナライザー2100上で実行された。次いで、ライブラリーを、200bp〜1kbpの範囲について定量して、Illumina配列決定のためにプールを1nMに希釈した。 The library was pooled using 5 uL of each well and 2 uL was used to quantitate the concentration of DNA using a dsDNA Sensitive Qubit® 2.0 Fluorometer according to the manufacturer's protocol. .. The Qubit® read-out was used to dilute the library to approximately 4 ng/uL and 1 uL was run on the Sensitive Bioanalyzer 2100 according to the manufacturer's protocol. The library was then quantified for the range 200 bp to 1 kbp and the pool diluted to 1 nM for Illumina sequencing.
実施例10
配列決定
NextSeq(登録商標)500を、以下の変更を除いて、1nMのサンプルについての製造者の説明書に従って運転のために設定した。ライブラリープールを0.9pMの濃度及び1.5mLの総容量でロードし、カートリッジ位置10に置いた;9μLの100μMストック配列決定プライマー1を総計1.5mLのHT1緩衝液にカートリッジ位置7に希釈することによってカスタムプライマーを設定し、100μMストック濃度で18μLの各カスタムインデックス配列決定プライマーを総計3mLのHT1緩衝液にカートリッジ位置9に入れ;NextSeq(登録商標)500をスタンドアロンモードで操作し;SCIseqカスタムケミストリーレシピ(Amini et al.、2014年、Nat.Genet.46、1343−1349)を選択し;二重インデックスを選択し;適切な数の読み取りサイクルを入力し(150推奨);インデックス1について10サイクル及びインデックス2について20サイクルを入力し;全ての読み取り及びインデックスについてカスタムチェックボックスを選択した。
Example 10
Sequencing The NextSeq® 500 was set up for operation according to the manufacturer's instructions for 1 nM samples with the following modifications. The library pool was loaded at a concentration of 0.9 pM and a total volume of 1.5 mL and placed in cartridge position 10; 9 μL of 100 μM stock sequencing primer 1 was diluted in cartridge position 7 in a total of 1.5 mL of HT1 buffer. Custom primers by setting 18 μL of each custom index sequencing primer at 100 μM stock concentration into cartridge position 9 in a total of 3 mL HT1 buffer; operating NextSeq® 500 in stand-alone mode; SCIseq custom Chemistry recipe (Amini et al., 2014, Nat. Genet. 46, 1343-1349); double index selected; enter appropriate number of read cycles (150 recommended); 10 for index 1 Entered 20 cycles for Cycles and Index 2; selected custom checkboxes for all reads and indexes.
本明細書に引用した全ての特許、特許出願、及び刊行物、及び電子的に利用可能な材料(例えば、GenBank及びRefSeqにおけるヌクレオチド配列提出、並びに例えば、SwissProt、PIR、PRF、PDBにおけるアミノ酸配列提出、並びにGenBank及びRefSeqにおける注釈付きコード領域からの翻訳を含む)の完全な開示は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。刊行物で参照される補足資料(補足表、補足図、補足材料及び方法、並びに/又は補足実験データなど)も同様に、それらの全体が参照により組み込まれる。本出願の開示と、参照により本明細書に組み込まれる任意の文書の開示との間に何らかの不一致が存在する場合、本出願の開示が適用されるものとする。前述の詳細な説明及び実施例は、理解を明確にするためにのみ与えられたものである。不必要な限定は、それらから理解されるべきではない。本発明は、図示され、説明された正確な詳細に限定されず、当業者に明らかな変形例が特許請求の範囲によって定義される発明内に含まれる。 All patents, patent applications, and publications cited herein, and electronically available materials (eg, nucleotide sequence submissions in GenBank and RefSeq, and amino acid sequence submissions in SwissProt, PIR, PRF, PDB, for example). , And the translation from the annotated coding regions in GenBank and RefSeq) are incorporated herein by reference in their entirety. Supplementary materials referred to in the publication, such as supplementary tables, supplementary figures, supplementary materials and methods, and/or supplementary experimental data, are also incorporated by reference in their entirety. In the event of any inconsistency between the disclosure of the present application and the disclosure of any document incorporated herein by reference, the disclosure of the present application shall control. The foregoing detailed description and examples are provided only for clarity of understanding. Unnecessary limitations should not be understood from them. The invention is not limited to the exact details shown and described, for variations obvious to one skilled in the art are included within the invention defined by the claims.
特に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される成分の量、分子量などを表す全ての数字は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。従って、特に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本発明によって得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。最低限でも、特許請求の範囲に均等論を限定する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効数字の数字を考慮して、通常の四捨五入技法を適用することによって解釈されるべきである。 Unless otherwise indicated, all numbers used in this specification and claims to describe the amounts of components, molecular weights, etc., are to be understood as being modified by the term "about" in all cases. is there. Therefore, unless otherwise specified, the numerical parameters described in the present specification and claims are approximate values that can be changed according to desired characteristics to be obtained by the present invention. At a minimum, and not as an attempt to limit the doctrine of equivalents to the claims, each numerical parameter is construed, at least in light of the number of significant figures reported, by applying conventional rounding techniques. Should be.
本発明の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、全ての数値は、本質的に、各々の試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じる範囲を含む。 Although the numerical ranges and parameters describing the broad scope of this invention are approximations, the numerical values given in a particular example are reported as accurately as possible. However, all numerical values inherently include the ranges necessarily resulting from the standard deviation found in each test measurement.
全ての見出しは読者の便宜のためであり、そのように指定されない限り、見出しに続く文章の意味を限定するために使用されるべきではない。 All headings are for the convenience of the reader and should not be used to limit the meaning of the text that follows the heading, unless so specified.
Claims (86)
(a)複数の細胞由来の単離された核を提供することと;
(b)前記単離された核を化学処理に供して、前記単離された核の完全性を維持しながら、ヌクレオソーム枯渇核を生成することと;
(c)前記ヌクレオソーム枯渇核のサブセットを、トランスポソーム複合体を含む第1の複数の区画内に分配することであって、各区画内の前記トランスポソーム複合体は、他の区画内の第1のインデックス配列とは異なる第1のインデックス配列を含む、分配することと;
(d)ヌクレオソーム枯渇核の前記サブセットにおける核酸を複数の核酸断片に断片化し、前記第1のインデックス配列を前記核酸断片の少なくとも1つの鎖に組み込んでインデックス付加された核を生成することと;
(e)前記インデックス付加核を組み合わせて、プールされたインデックス付加核を生成することと;
(f)前記プールされたインデックス付加核のサブセットを第2の複数の区画内に分配し、前記インデックス付加核を亜硫酸水素処理に供して亜硫酸水素処理された核酸断片を生成することと;
(g)各区画内の前記亜硫酸水素処理された核酸断片を、5’末端に汎用ヌクレオチド配列及び3’末端に無作為ヌクレオチド配列を含む複数のプライマーを用いた線形増幅により増幅して、増幅された断片−アダプター分子を生成することと;
(h)第2のインデックス配列を前記増幅された断片−アダプター分子に組み込んで、デュアル−インデックス断片−アダプター分子を生成することであって、各区画内の前記第2のインデックス配列は、他の区画内の第2のインデックス配列とは異なる、生成することと;
(i)前記デュアル−インデックス断片−アダプター分子を組み合わせることにより、前記複数の単一細胞由来の核酸の前記メチル化状態を決定するための配列決定ライブラリーを生成することと、
を含む、方法。 A method for preparing a sequencing library for determining the methylation status of nucleic acids from a plurality of single cells, said method comprising:
(A) providing an isolated nucleus from a plurality of cells;
(B) subjecting the isolated nucleus to a chemical treatment to generate a nucleosome-depleted nucleus while maintaining the integrity of the isolated nucleus;
(C) partitioning the subset of nucleosome-depleted nuclei into a first plurality of compartments containing transposome complexes, wherein each transposome complex within each compartment is a first compartment within another compartment. Distributing a first index array different from the index array of;
(D) fragmenting the nucleic acids in said subset of nucleosome depleted nuclei into a plurality of nucleic acid fragments and incorporating said first index sequence into at least one strand of said nucleic acid fragments to produce an indexed nucleus.
(E) combining the indexed nuclei to generate pooled indexed nuclei;
(F) partitioning the subset of pooled indexed nuclei into a second plurality of compartments and subjecting the indexed nuclei to bisulfite treatment to produce bisulfite treated nucleic acid fragments;
(G) The bisulfite-treated nucleic acid fragment in each compartment is amplified by linear amplification using a plurality of primers containing a general-purpose nucleotide sequence at the 5'end and a random nucleotide sequence at the 3'end to be amplified. Generating a fragment-adapter molecule;
(H) incorporating a second index sequence into the amplified fragment-adaptor molecule to produce a dual-index fragment-adapter molecule, wherein the second index sequence within each compartment is Different from the second index array within the partition, and generating;
(I) generating a sequencing library for determining the methylation status of nucleic acids from the plurality of single cells by combining the dual-index fragment-adaptor molecules;
Including the method.
(a)複数の細胞由来の単離された核を提供することと;
(b)前記単離された核を化学処理に供して、前記単離された核の完全性を維持しながら、ヌクレオソーム枯渇核を生成することと;
(c)前記ヌクレオソーム枯渇核のサブセットを、トランスポソーム複合体を含む第1の複数の区画内に分配することであって、各区画内の前記トランスポソーム複合体は、他の区画内の第1のインデックス配列とは異なる第1のインデックス配列を含む、分配することと;
(d)ヌクレオソーム枯渇核の前記サブセットにおける核酸を複数の核酸断片に断片化し、前記第1のインデックス配列を前記核酸断片の少なくとも1つの鎖に組み込んでインデックス付加された核を生成することと;
(e)前記インデックス付加核を組み合わせて、プールされたインデックス付加核を生成することと;
(f)前記プールされたインデックス付加核のサブセットを第2の複数の区画内に分配し、前記インデックス付加核を亜硫酸水素処理に供して亜硫酸水素処理された核酸断片を生成することと;
(g)各区画内の前記亜硫酸水素処理された核酸断片を汎用アダプターに連結して、連結された断片−アダプター分子を生成することと;
(h)第2のインデックス配列を前記連結された断片−アダプター分子に組み込んで、デュアル−インデックス断片−アダプター分子を生成することであって、各区画内の前記第2のインデックス配列は、他の区画内の第2のインデックス配列とは異なる、生成することと;
(i)前記デュアル−インデックス断片−アダプター分子を組み合わせることにより、前記複数の単一細胞由来の核酸の前記メチル化状態を決定するための配列決定ライブラリーを生成することと、
を含む、方法。 A method for preparing a sequencing library for determining the methylation status of nucleic acids from a plurality of single cells, said method comprising:
(A) providing an isolated nucleus from a plurality of cells;
(B) subjecting the isolated nucleus to a chemical treatment to generate a nucleosome-depleted nucleus while maintaining the integrity of the isolated nucleus;
(C) partitioning the subset of nucleosome-depleted nuclei into a first plurality of compartments containing transposome complexes, wherein each transposome complex within each compartment is a first compartment within another compartment. Distributing a first index array different from the index array of;
(D) fragmenting the nucleic acids in said subset of nucleosome depleted nuclei into a plurality of nucleic acid fragments and incorporating said first index sequence into at least one strand of said nucleic acid fragments to produce an indexed nucleus.
(E) combining the indexed nuclei to generate pooled indexed nuclei;
(F) partitioning the subset of pooled indexed nuclei into a second plurality of compartments and subjecting the indexed nuclei to bisulfite treatment to produce bisulfite treated nucleic acid fragments;
(G) ligating the bisulfite-treated nucleic acid fragment in each compartment to a universal adapter to produce a ligated fragment-adapter molecule;
(H) incorporating a second index sequence into the ligated fragment-adapter molecule to produce a dual-index fragment-adapter molecule, wherein the second index sequence within each compartment is Different from the second index array within the partition, and generating;
(I) generating a sequencing library for determining the methylation status of nucleic acids from the plurality of single cells by combining the dual-index fragment-adaptor molecules;
Including the method.
前記増幅部位は、遊離3’末端を有する付着した一本鎖核酸の少なくとも2つの集団を含む、提供することと、
増幅部位を含む前記表面を、個々のデュアル−インデックス断片−アダプター分子からのアンプリコンのクローン集団を各々含む複数の増幅部位を産生するのに適した条件下で、前記配列決定ライブラリーと接触させることと、
をさらに含む、請求項40に記載の方法。 Providing a surface comprising a plurality of amplification sites, the method comprising:
Providing the amplification site comprises at least two populations of attached single-stranded nucleic acids having free 3'ends;
Contacting the surface containing amplification sites with the sequencing library under conditions suitable to produce multiple amplification sites each containing a clonal population of amplicons from individual dual-index fragment-adapter molecules. That
41. The method of claim 40, further comprising:
前記増幅部位は、遊離3’末端を有する付着した一本鎖核酸の少なくとも2つの集団を含む、提供することと、
増幅部位を含む前記表面を、個々のデュアル−インデックス断片−アダプター分子からのアンプリコンのクローン集団を各々含む複数の増幅部位を産生するのに適した条件下で、前記配列決定ライブラリーと接触させることと、
をさらに含む、請求項80に記載の方法。 Providing a surface comprising a plurality of amplification sites, the method comprising:
Providing the amplification site comprises at least two populations of attached single-stranded nucleic acids having free 3'ends;
Contacting the surface containing amplification sites with the sequencing library under conditions suitable to produce multiple amplification sites each containing a clonal population of amplicons from individual dual-index fragment-adapter molecules. That
81. The method of claim 80, further comprising:
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